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1、NM-2型核磁共振实验装置使用说明本装置是由永久磁铁、扫场线圆、探头由电路盒和样品盒组成、小变压器、可调变压器、数字频率计组成,它们与用户自备的示波器连接的方框图见图1。永久磁铁内含扫场线圈,底座内装有220V/6V小变压器的外观见图2。1.永久磁铁,2.扫场线圈,3.电路盒,4.线圈及样品, 6.示波器.7.。一220V可谓变压器,822OV/6V变压器 图1核磁共振实验装置方框图一、 永久磁铁本装置的磁场由永久磁铁产生。永久磁铁选用国内开发生产的钕铁硼高性能的恒磁材料,使磁铁具有体积小、场强强、矫顽力大的优点。而且磁靴的面积大,增大了磁靴直径与磁场间隙的比值,提高了均匀性,从而允许采用体积
2、较大的样品,增强了磁共振信号.永久磁铁采用O形结构,外壳用软铁材料做成,外壳开有一小口使样品盒能插入磁隙中.永久磁铁安放在金属底座上,并使开口朝上。二、 扫场及扫场电源 本装置用扫场的方法观察共振信号,扫场由安装在磁铁内部并固定在两个磁极上的扫场线圈产生.扫场线圄由5OHz的市电经0-220V可调变压器和一个220V/6V的小变压器隔离、降压后供电并利用可调变压器改变扫场的幅度.扫场线圈的引线与220V/6V小变压器的低压输出端连接在一起。底座后方备有交流0-220V输入引线,底座前方备有扫场输出插座和相移调节旋钮.扫场输出提供选做实验2”时示波器的X端输入电压信号（参见附录三）。由此插座至示
3、波器X端的连接电缆由用户自备。 图2永久磁铁外观三、 探头探头是实验装置的核心部分.其外形如图3所示。电路盒正面 电路盒背面 样品盒内部结构1. 频率调节旋钮,2.幅度调节旋钮,3.电源开关,4.频率测试端.5.检波输出端,6.连接杆.7.样品盒.8.样品.9.线圈,10.固定物料.11.同轴电缆.图3探头的外形 探头由电路盒及下方的样品盒7组成.电路盒与样品盒通过铜管(6连接固定在一起。样品盒内绕在样品上的线圈既是射频场的发射线圈又是共振信号探测线圈:电路盒前面板除电源开关3外,还有两个十圈电位器1和(2,分别用来调节射频场的频率和幅度:电路盒的后面板上的频率测试端(4用来与数字频率计的输入
4、端连接,由数字频率计指示射频场的频率,后面板上的检波输出端(5用来与示波器的纵轴输入端连接,用来观察共振信号。使用时把电路盒安放在磁铁上方的平台上并使下端的样品盒插入磁铁的开口处进入磁隙,平台前面有标尺用来指示电路盒右端在平台上的位置。 电路盒中采用了结型场效应管及低噪声、低功耗的组件,并采用机内电池供电, 大大减少了噪声和干扰,使弱信号也有足够的信噪比,整机稳定可靠,易于调节。为避免更换样品时容易出现的各种问题,保证教学的顺利进行,本装置的每一个样品都单独使用一个电路盒,并且使样品盒与电路盒固定连接在一起,使测量装置可 靠,数据稳定.本装置提供两个探头,样品分别为液态的水(掺有三氯化铁)和固
5、态的聚四氟乙烯。图4a是用本装置在示波器上观察到的水中质子的共振信号,(b 是固态聚四氟乙烯中氟核的共振信号。 （a）水中质子的共振信号 （b）聚四氟乙烯中氟核的共振信号图4共振信号波形2第二章 技术特性（略）一、 永久磁铁：1. 磁场强度：0.5T2. 磁极直径：65mm3. 磁隙宽度：大约13mm4. 均匀性：中心位置（5mm3）范围内优于10-55. 温度系数：-0.11%K-1 二、 扫场1. 扫场线圈阻抗：R=4，L=35mH2. 小变压器：220V/6V3. 可调变压器：输入220V，输出0-240V，0.5KVA三、 探头、（两个）1 样品配置：其一为水（掺有三氯化铁），其二为聚
6、四氟乙烯2 中心频率：调节在由配用的磁铁和样品决定的数值附近3 频率调节范围：大于中心频率（110%）4 频率稳定性：衰减10-5/min(用机内电池) 衰减10-6/min(用外接6节1号电池)说明：频率的缓慢减小是由于电池的放电过程中端电压下降所致。实际操作时读数仅需几秒钟，因此可靠读数不少于5位（机内电池）或6位（用外接6节1号电池）。5 电源：工作电压9V，工作电流约10Ma。用户可改用 6节1号电池，具体办法见第三章中“注意事项”第一条。四、 数字频率计（本装置采用多功能计数器的频率测试功能）输入阻抗1M，频率范围50MHz，灵敏度优于20mVrms五、 对配套示波器的要求 20 M
7、Hz，若要作选做实验2（参看附录三）需用双踪示波器。第三章测量方法和注意事项一、 测量方法和步骤1. 小心地将样品为水的探头下端的样品盒通过磁铁上方平台的开口插入磁隙中, 轻轻地把电路盒安放在平台上,左右移动电路盒,使之大致处于中间位置。2. 将电路盒后面板的频率测试端与数字频率计连接并把频率计选择在输入信号不衰减位置:把电路盒后面板的检波输出端与示波器的纵轴信号输入端连接,并把示波器的扫描速度旋钮调节在5ms/格的位置,纵向放大旋钮调节在0.lV/格或02V/格的位置。3. 打开电路盒电源开关,调节幅度调节旋钮,使频率计有频率读数。这时在示波器上能观察到噪声信号.4. 断开可谓变压器的电源,
8、把可调变压器的输出端与底座后方交流0-220V输入端的连接线连接在一起,然后接通可调变压器的电源并把输出电压调到100V左右。5. 利用电路盒上的频率调节旋钮缓慢改变频率并同时监视示波器。当示波器上出现质子的共振信号后,在平台上左右移动电路盒,寻找使共振信号幅度最大、尾波中振荡次数最多的位置(为便于比较,此时可调节示波器的扫描速度旋钮,把尾波适当展开),从而使样品处于磁场中最均匀的地方。保持这时电路盒的左右位置并记下电路盒右端在平台标尺上的读数。 6. 适当调节幅度旋钮,使共振信号幅度达到最大或较大数值(注意:调节幅度旋钮时,实质上是调节振荡管的工作电流,从而改变振荡管的极间电容,对频率有影响
9、,因此要相应调节频率调节旋钮进行补偿,使频率保持不变.7. 逐步降低可调变压器的输出电压以逐步减少扫场幅度.在减少扫场幅度过程中要相应调节频率,使示波器上的共振信号保持间隔为lorns的均匀排列。当扫场幅度已尽可能减小时,而且共振信号保持为间隔为lOms的均匀排列时,记下频率计此时的读数,这个读数就是与样品所在位置的磁场对应的质子的共振频率。关于现象观察及测量误差估计的进一步要求可参看教学参考内容(附录三.8. 用样晶为固态聚四氟乙烯的探头代替样品为水的探头,并使电路盒放在同样位置。由于此样品信号较弱,可把示波器的纵向放大旋钮放在2OmV/格或5OmV/格的位置,把可调变压器的输出电压调节在1
10、00V位置,打开电路盒电源开关并调节频率,找到共振信号后重复步骤6和7.二、 注意事项1. 为减少干扰和使用方便,本机通常使用机内9V集成电池作为电源,其容量较小,因此探头不使用时应立即关闭电源以免电池损耗。由于机内电池容量小,使用过程中端电压会缓慢下降:此外,由于频率计读数精度高,因此即使频率调节旋钮位置固定不动,电池端电压的下降也会使频率计读数最后一、两位缓慢减小,这是正常现象。因此当调节频率使示波器上共振信号均匀排列时应立即读数。 如果用户要使用比较稳定的、容量较大的电池(如六节一号电池,电路盒内线路板右侧备有外接电源插孔,随机还附有一个配套的插头.用户可取下电路盒的机罩,在机罩右侧与外
11、接电源插孔相应位置打一个10的圆孔供外接电池的插头插入。外接电源插头的外柱接电池负极,内芯接正极。注意,请匆使用常规亘流稳压电源代替电池,以免影响信噪比或由于电网引入的瞬时脉动烧毁电路的元器件.2. 当发现信号幅度明显减小或频率偏低达不到调节要求时应检查电池。当电池端 电压小于85V时应及时更换.3. 样品封装在样品盒内,请勿打开或挤压样品盒以免损坏两侧的屏蔽铜片。随机附有样品盒的屏蔽铜片4枚，若样品盒的屏蔽铜片脱落，可用小刀轻轻刮去铜环上的残余干胶，用酒精擦洗干净，用万能胶沾上备用的铜片。4. 永久磁铁的磁场交货以前已经调好，只有当信噪比严重下降并确信其它部分无问题（如确实有扫场、电池电压正常、探头正常工作、频率计有指示等）并确认是由于运输或搬运过程中严重的震动影响了磁极的平行度或有人无意中动了调节螺丝时，才考虑重新调整磁极的平行度，调整的方法见第四章。每次重新调整后磁场将略有下降。5. 由于钕铁硼恒磁材料的温度系数为0.11%K-1 ，因此在不同温度下的测量结果将有差别，属正常现象。6. 电路中R4，R13和W1的数值为参考值，实际数值将根据所用器件的差别而有所调整。4
NM-2型核磁共振实验装置使用说明 本装置是由永久磁铁、扫场线圆
