電磁鐵型核磁共振波譜儀故障及分析
摘要：列出了一臺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(lái)運行中所出現的一系列故障，并對這些故障進(jìn)行了分析討論，得出了一些有實(shí)用價(jià) 值的結論。
中圖分類(lèi)號：TH 744．12 文獻標識碼：B 目前，各種各樣的大型精密儀器已經(jīng)應用到 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(zhù)越來(lái)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| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計| 是歷 來(lái)被關(guān)心的問(wèn)題[ 。搞好大型精密儀器的日 常維護和保養，是增加其使用效益、減少故障、延 長(cháng)儀器的使用壽命必要措施，而儀器的日常維護 和保養措施的形成，是在對以往相似儀器故障及 其整個(gè)運行過(guò)程的了鷦基礎之上建立起來(lái)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[ ，對其故障的總結，可以為以后大型精密 儀器的維護、保養提供參考。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅 速發(fā)展，一臺儀器的使用壽命一般在十年左右，對 其十余年中出現的故障的總結與分析，基本代表 了儀器的整個(gè)“生命”過(guò)程。具有一定的現實(shí)意 義。

1 電磁鐵核磁共振波譜儀基本組成 為了使對儀器有一個(gè)較全面的了解，現將主 結構用附圖表示。 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(lèi)型有三 種：永久磁鐵、電磁鐵和超導磁鐵。把樣品放人磁 場(chǎng)中，利用各種探頭可以測得樣品內所含分子的 結構信息的共振信號，送人計算機進(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 此使用制冷機帶走磁鐵線(xiàn)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計的， 如：變溫實(shí)驗、三共振實(shí)驗�？刂婆_實(shí)現了儀器功 能的操作及監控，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構框圃

2 核磁共振波譜儀故障分類(lèi)統計及 分析 本儀器在l2年的運行過(guò)程中，共發(fā)生大小各 類(lèi)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從不同角度對儀器故障進(jìn) 行了統計： 從表i可以看出：計算機系統的故障占 28．4％，再加上控制臺出現的故障(控制臺進(jìn)包含 有一臺輔助計算機)，僅此兩項占到儀器故障的一 半以上．由此看出，計算機性能的好壞，依然是考 察此類(lèi)儀器優(yōu)劣的主要方面。另外，從儀器故障 類(lèi)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(lèi)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(lái)方便；但另一方面也帶來(lái)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)結論：儀器產(chǎn)生的一些故障，僅僅需要清 理一下灰塵，復位一下元器件即可解決問(wèn)題，這在 維修計算機系統時(shí)尤為重要。由表1可以看出： 灰塵和接觸不良給計算機系統帶來(lái)的故障占到半 數以E。 表1 儀器組成部件故障分析f次教J 部 件 故障類(lèi)型穩壓計算輔助磁鐵制冷控制 故障 機 總計【七率 電源系統系統系統系統臺 ／％ 表2，表3是以時(shí)問(wèn)順序來(lái)考察儀器產(chǎn)生故 障的特點(diǎn)。從每年發(fā)生故障的次數分析，并沒(méi)有 看到許多文獻所介紹的儀器故障的“浴盆曲 線(xiàn)” 5 J，而是出現周期性的趨勢：儀器在使用6年 左右出現一次故障高峰，在第十二年又開(kāi)始出現 第二次故障高峰，這可以從如下幾方面進(jìn)行解釋?zhuān)?
第一，“浴盆曲線(xiàn)”是在理想情況下得出的，它沒(méi)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(cháng)的過(guò)程，當元器件上的灰塵積聚到一定程度 后(這個(gè)過(guò)程因環(huán)境而異，這里，估計為5～6年)， 儀器發(fā)生故障，但當清掃、復位后，灰塵重新開(kāi)始 積聚，又需要較長(cháng)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)，特別是機械部件的使用壽命相對 較短(這里見(jiàn)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 壽命遠遠大于其更新壽命，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(méi)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(xiàn)”一詞是從國外文獻中翻譯而來(lái)。發(fā)達國家，在 良好的實(shí)驗條件下，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(lái)到 時(shí)，已接近儀器的更新壽命，故能看到較符合規律 的儀器故障“浴盆曲線(xiàn)”。在國內，由于客觀(guān)條件 的限制(如電壓不穩、突然停電、灰塵和酸性空氣 等實(shí)驗環(huán)境條件相對較差)，儀器的第一個(gè)故障高 峰期提前來(lái)臨(這里見(jiàn)到的是6年左右)，若維修 條件較差，則儀器已進(jìn)入報廢期；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， 對延長(cháng)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)機械電子 部件的壽命一般在5～7年，比常規部件的老化壽 命要短得多，這種部件的質(zhì)量對整個(gè)儀器的使用 效率影響很大，在日常維護備件時(shí)必須優(yōu)先考慮。 表4 物理參量故障分析f次數} 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是儀器年平均修復時(shí)間分析，儀器從發(fā) 生故障到恢復正常的時(shí)間即平均修復時(shí)間MT TR(me~ time to repair)，是儀器可維性的重要參 考指標。從表5的分析來(lái)看，儀器的平均修復時(shí) 間在早期較長(cháng)、中期較短，而進(jìn)人后期又出現增加 的趨勢。這可以解釋如下：儀器的維修與維修人 員對儀器的熟練程度密切相關(guān)，在早期，由于維修 與使用人員對貴重儀器比較陌生，查找故障、閱讀 資料時(shí)間較長(cháng)，當對儀器有一定的了解之后，修復 時(shí)間自然縮短；在后期，儀器維修時(shí)間又出現增 加，是由于儀器的專(zhuān)用元器件問(wèn)題，經(jīng)過(guò)近十年的 消耗，儀器的備用件已消耗殆盡，當專(zhuān)用件損壞而 又沒(méi)有備件的情況下，儀器的維修將會(huì )陷人困境， 花費時(shí)間將大大加長(cháng)，由此可見(jiàn)，專(zhuān)用件的備件問(wèn) 題是儀器維修的重要問(wèn)題。

3 結論
(1)計算機性能是考察大型精密儀器的重要 指標，計算機系統的故障在整個(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)，可以先對線(xiàn)路板進(jìn)行清掃和復 位，有可能迅速排除故障。
(3)儀器的故障“浴盆曲線(xiàn)”具有理論分析的 價(jià)值，在實(shí)際應用時(shí)應考慮儀器的實(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(lái)臨時(shí)，對大型精密儀器進(jìn)行一次較全面的大 修，對延長(cháng)儀器的使用壽命是非常有必要也是切 實(shí)可行的。
(5)維修人員對儀器的熟練程度是縮短儀器 MTTR的重要因素。
(6)當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(chǎng)家已無(wú)老儀器的備件， 專(zhuān)用件的備件問(wèn)題將成為影響儀器MTTR的重 要因素。