分析核磁共振波譜儀磁鐵保護系統的故障排除

翟召波

（河北省石家莊晉州市人民醫院，河北 石家莊）

0 引言

核磁共振波譜儀如今已經在醫學、教學、科研等多個領域得到廣泛的運用，它是一種大型的精密儀器，其特點在于零件密集、功能多樣化、技術含量高以及價格昂貴[1-2]。基于儀器本身的特點及其在多個領域的重要作用，在投入使用中，儀器的維護是一項非常關鍵的工作，而電子工程師主要負責研究、教學、開發設計、生產還有管理各種類型的電子設備以及信息系統，在核磁共振波譜儀使用維護中發揮著重要作用[3-4]。AC80脈沖傅里葉核磁共振波譜儀的核心部件便是磁鐵，是形成磁場的主要因素，所以，在儀器的維護中需要將磁鐵作為重點保護對象。而電子工程師在編寫程序時專門為該儀器的磁鐵設置了保護系統，當出現檢測物超出范圍量的情況，會激發報警鈴聲和信息碼并自動斷電來提示相關操作人員。但是在實際操作過程中，儀器的磁鐵保護系統并不是萬能的，存在著一定故障幾率，比較常見的情況有，儀器工作中由某項異常指標引起磁鐵保護系統故障或者儀器指標一切正常但是卻發出警報聲音并且自動斷電。筆者此次主要是為了研究這類儀器的磁鐵保護系統故障排除，為此，選取了一臺由德國的Bruker公司生產的AC80脈沖傅里葉核磁共振波譜儀，就其使用過程中磁鐵保護系統和相關故障進行了探討。

1 核磁共振波譜儀磁鐵保護系統涉及到的內容指標

該儀器的磁鐵保護系統共涉及到8個內容指標，分別是：①水壓（O），低電平指示工作正常，高電平指示有一個外循環水泵異常（停止工作）、外循環水壓不足；②溫度（T1），磁鐵電源配電箱的極限溫度為80 ℃，高電平指示其配電箱的溫度太高；③溫度（T2），磁鐵線圈的極限溫度為80 ℃，高電平指示儀器的磁體線圈溫度過高；④溫度（T3），磁鐵內冷卻板的極限溫度為53 ℃，高電平指示儀器磁鐵的冷卻板溫度過高；⑤斷相（Y），低電平指示三相電正常，高電平指示三相輸入電源中缺少一或二相；⑥電流（＞I），磁鐵線圈的極限電流為85 A，高電平指示儀器的磁鐵線圈電流太大；⑦電壓（Vce），指的是磁鐵的集電極-發射極（電源晶體管輸出級）之間電壓，當電壓＜6 V，就會出現高電平；⑧電壓（U），磁鐵線圈兩端采集到的電壓信號樣本，分壓后（1/10）比較，如果這時候電壓值＜0.53或者＞5.75時，就會出現高電平[5-6]。

2 磁鐵保護系統故障的狀態字顯示

每一種故障對應著一種狀態字，方便操作人員快速掌握故障情況予以解決，通過查看控制臺，數字顯示“0”，表示狀態正常，數字顯示“1”，表示狀態異常，如下圖1中所示，最高位數字5不變，方框中的三位數組成八進制數，X表示此約束項受故障源控制，有低電平和高電平兩種可能，若為數字“1”，則指示高電平即狀態異常，若為數字“0”，則指示低電平即狀態正常[7-8]。故障信息碼從5001～5377，指示出各種不同障礙組合，詳見圖1。

圖1 磁鐵系統出現故障的狀態字表示

3 核磁共振波譜儀磁鐵保護系統的電路原理

磁鐵保護系統的自鎖電路可以鎖定上述8種內容指標的任一異常狀態，并通過三條支路輸出進行指示，如下圖2所示，三條輸出支路分別：①指示電路；②門電路，通過門電路輸出指令控制驅動電路，再由驅動電路直接操作磁鐵電源的開關，實現斷電和通電的控制；③轉臺轉換支路，主要作用是向控制臺輸送信號，完成異常狀態警報提醒和故障信息碼提醒。

圖2 儀器磁鐵自動保護系統框圖

4 核磁共振波譜儀磁鐵保護系統的常見故障和排除方式

4.1 儀器內循環水泵不工作，開機異常

儀器內循環水泵工作正常時，可聽見“沙沙”的水流聲音，有時還會在離子交換柱里看見流過的小氣泡。控制電路、電源以及水泵本身都是影響內循環水泵工作的重要因素，因此一旦出現異常，可先考慮這三個方面。首先將警報板上的“PUMP ON”開關撥到“SET PUMP”，由自動改為手動，此時如果內循環水泵工作正常，那么控制電路出現故障的可能性最大，需要對報警板的電路進行檢查；如果此時內循環水泵仍舊無法運作，那么插頭連線或供電電源出現故障的可能性較大，需要檢查電源電壓和插頭連接有沒有問題；上面兩項皆不存在問題，則內循環水泵自身故障的可能性最大，需要進行拆換修理。

4.2 儀器正常啟動中磁鐵電源繼電器不吸合、警報聲響起、故障信息碼為“5004”，LED指示燈“T3”亮起

這種類型的故障在突然斷電后比較常見，儀器故障指示燈與信息碼提示操作者“磁鐵的冷卻板溫度過高”，但事實上這時候儀器開啟動還未運轉，其冷卻板的溫度是和室內溫度一致，不可能超過53 ℃。而造成這種與實際條件不符的原因通常是磁鐵下面的溫度感應觸點被彈開后未得到及時的復位。而溫度感應觸點被彈開的主要原因在于斷電突然，失去冷卻水循環，磁鐵內部的殘留熱量將導致磁鐵的溫度超過53 ℃。此時只需使用數字萬用表筆等工具對準感應觸點輕輕敲擊,當觸點閉合后即可排除儀器的故障。

4.3 查看穩壓電源其電流表沒有指示，警報聲響起且磁鐵控制箱面板Vce表頭指示位于紅色區域

紅色區域表示Vce失落，這是儀器磁鐵保護系統為了防止磁鐵線圈因過大電流而損壞的最終保護措施。這種故障發生時“Flux on”指示燈會出現閃爍，但由于其他類型的故障也會引起該指示燈的閃爍，因此這時候首先要做的是對磁鐵控制箱的指示燈進行檢查，排查引起的原因。①在磁鐵控制面板上找到“Reset”，使用復位，這種方式可用于排除由于使用電器的外部電路突然啟動導致電源波動很大引起的故障，紅色指示燈熄滅則故障已排除；②若紅色指示燈未熄滅，則表示本次故障不是瞬間故障，則需要根據故障信息代碼檢查儀器；③若上述兩點皆為排除故障，那么可通過查看穩壓電源、磁鐵接通繼電器和觸點來排除故障。

4.4 儀器運轉中出現故障信號“5020”和警報聲，磁鐵電源繼電器有“碰碰”的響聲，指示電路上紅燈“O”閃爍

首先依據故障信號代碼指示檢查儀器外循環水壓，若的確是水壓異常，那么只需根據指示排除掉水壓引起的故障即可；若水壓沒有異常，則考慮在震動的過程中內循環水壓的觸點和外循環水壓的觸點發生間斷性的斷開合起；如果檢查觸點無異常，就需要對照電路原理圖排查電路的輸出端，這時候電路的輸出正處于高電平和低電平連續跳變的狀態，對于可能導致該連接點發生連續電位變化的眾多因素，必須逐一消除[9]。①更換電路后故障排除，則表明造成的原因就是自鎖電路，如果更換電路后故障沒有排除，則需要在電容C1兩端使用萬用表筆測量電位，若正常則電位處于恒定狀態，若C1、R1原件、電源等有故障則電位會出現連續的變化。②排除電路因素后就要考慮繼電路的因素，主要是由于“狀態轉換”電路集成塊發生故障引起電路輸出端的電位發生異常，因而出現磁鐵保護系統的故障，這時排除故障只需替換掉相應的集成塊即可。

5 結束語

信息系統與電子設備發展的同時也推動了醫療、科研、教學等多個領域的發展，電子工程師在其中擔任了研究開發、設計生產、教學一級管理的重要責任。其發揮的重要作用囊括了各種大型精密儀器的整個使用壽命。核磁共振波譜儀作用于各領域，且作用巨大，但是儀器元件復雜且整體價格昂貴，因此在投入使用中故障排除工作是一個非常重要的環節，尤其是磁鐵保護系統的故障排除工作，離不開電子工程師們的努力。