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1、DH404A0型 核磁共振实验仪使用说明书北京大华无线电仪器厂 目 录 1 概述 2 工作原理3 安装及使用4 实验内容5 注意事项6 成套性7 储存8 质量保证 1. 概述 核磁共振实验仪是根据高等院校近代物理实验教学而设计的一套最适用的演示系统。可做观察 1的吸收信号；测定19的核磁距；以及用方法测量磁场等实验项目。本系统具有造型美观，使用简单，可靠耐用等特点。由于本仪器采用调节电流的方式调节磁场，所以磁场强度的调节较为方便，同时，实现了磁场强度宽范围可调。是高等院校近代物理实验教学最适用的演示仪器。 2. 工作原理对于质子数和中子数或其一为奇数的原子核有核自旋，其核磁矩与核自旋角动量I成
2、正比，可写为：=g*N*I (1)具有核自旋的原子核，其核磁矩在恒定的外磁场中，能取各种量子化的方位，若在垂直于恒定磁场的方向，加一交变磁场，在适当的条件下，能改变磁矩的方位，使磁矩体系选择的吸收特定频率的交变磁场能量，呈共振现象。本装置就是根据此原理配备的核磁共振实验系统，由样品探头、电磁铁及磁共振仪等几部分构成，外配频率计和示波器即构成完整的核磁共振实验系统，实验系统接线如图一所示。2.1核磁共振仪 核磁共振仪通过样品探头一方面提供射频磁场B1，另一方面通过电子电路对B1中的能量变化加以检测，以便观察核磁共振现象。核磁共振仪的方框图见图二。图中边缘振荡器产生射频振荡，其振荡频率由样品线圈和
3、并联电容决定。所谓边缘振荡器是指振荡器被调谐在临界工作状态，这样，不仅可以防止核磁共振信号的饱和。而且当样品有微小的能量吸收时，可以引起振荡器的振幅有较大的相对变化，提高了检测核磁共振信号的灵敏度。在未发生核磁共振时，振荡器产生等幅振荡，经检波器输出的是直流信号， 经低频放大器隔直输出到示波器Y轴， 显示为一条直线。当满足共振条件发生核磁共振时，样品吸收射频场的能量，使振荡器的振荡幅度变小，因此，射频信号的包络变成由共振吸收信号调制的调幅波，经检波，放大后，就可以把反映振荡幅度大小变化的蝶形共振吸收信号检测出来，可由示波器显示。直流电源为各部分提供工作电压。 直 流电 源扫 场电 源恒流源 调
4、制线圈 磁场主线圈 边 缘振荡器低频放大 器检 波器 示波器 样品线圈 高频放大 器 频率计图二 核磁共振原理使用方框图2.2电磁铁及调制线圈电磁铁由恒流源激励产生恒磁场,其磁场强度可以从0到几千高斯的范围内连续可调，通过面板上数字电流表（A）和电压表（V）显示磁场线圈中电流的大小和线圈两端的电压值，以表征恒磁场的强度。采用恒流源作激励，保证了磁场强度的高度稳定。样品调制线圈磁场线圈 S 极 N 极 调制线圈由扫场电源激励产生一个弱的低频（50Hz）交变磁场Bm与稳恒磁场叠加，使得样品1核在交流调制信号的一个周期内，只要调制场的幅度及频率适当就可以在示波器上观测到稳定的核磁共振吸收信号。“扫场
5、电流”表头指示流过调制线圈中的电流的大小。从原理公式0=B0可以看出，每一个磁场值只能对应一个射频频率发生共振吸收，而要在十几兆赫的频率范围内找到这个频率是很困难的，为了便于观察共振吸收信号，通常在稳恒磁场方向上迭加一个弱的低频交变磁场B m,如图三所示（上图为B0和B m迭加后随时间变化的情况，下图为射频场B1振荡电压幅值随时间变化的情况，图中的B0为某一射频频率对应的共振磁场）。此时样品所在处所加的实际磁场为B0+Bm，由于调制磁场的幅值不大，磁场的方向仍保持不变，只是磁场的幅值随调制磁场周期性的变化，即： 0=（B0+Bm）此时只要将射频场的角频率调节到0的变化范围内，同时调 B B0+
6、Bm 共振磁场范围 B0 t U t 图三制场的峰-峰值大于共振场的范围，就可能发生核磁共振，用示波器 B B B0 B0 U t U t图四 (a) 图四 (b)可观察到共振吸收信号，因为只有与相应的共振吸收磁场范围被（B0+Bm）扫过的期间才能发生核磁共振，可观察到共振吸收信号，其他时刻不满足共振条件，没有共振吸收信号。磁场的变化曲线在一周内能观察到两个共振吸收信号。若在示波器上出现间隔不等的共振吸收信号，这是因为对应射频磁场频率发生共振磁场的B0的值不等于稳恒磁场的值, 其原理如图四（a）所示。这时如果改变稳恒磁场B0的大小或变化射频场B1的频率，都能使共振吸收信号的相对位置发生变化，出
7、现“相对走动” 的现象。若出现间隔相等的共振吸收信号时，如图四（b）所示，则其相对位置与调制磁场Bm 的幅值无关，并随Bm 幅值的减小，信号变低变宽，如图四（c）所示，此时即表明B0与B0 相等。 B B0 U 图四 （C）磁共振实验仪 扫场电流 磁场 调相 扫场 边振调节 频率调节 n n n n n g 磁场 扫场 轴 频率计 X轴 样品 电源 n n n n 磁场扫场检波轴轴 示 波 器 X轴 Y轴 频 率 计 磁 扫 场 场 图一：核磁共振系统接线示意图 3. 安装及使用3.1 前面板各功能简介：3.1.1 磁场： 磁场强度调节钮。本装置由于采用电磁铁作为激励磁场，所以，调节磁场强度只
8、需改变电磁铁的激励电流，即可实现宽范围场强的变化。场强的变化只需改变电磁铁的激励电流即可，数字电流表（A）指示电磁铁的激励电流。该电流由“磁场”接线柱输出。3.1.2 扫场：调制磁场调节旋钮。通过调节流过调制线圈中电流的大小，调节调制场的幅度，可使共振信号的宽度在水平方向发生变化并可以改变尾波的节数。通常，此旋钮顺时针调到底。前面板上的“扫场电流”指示流过调制线圈的电流大小。其输出由前面板“扫场”接线柱输出。3.1.3 调相：通过调节输入示波器的轴信号（50Hz）的相位，以调节蝶形共振信号在示波器上的相对位置。 3.1.4.边振调节：用于调节边缘振荡器的边缘振荡状态和信号幅度。3.1.5 频率
9、调节：用于调节边缘振荡器的振荡频率。3.2 使用方法3.2.1 按图一连接系统。将样品探头小心的插入磁铁上的探头座内。通过随机配送的样品专用电缆（短电缆）与磁共振仪“样品”插座可靠连接。本系统所用示波器应具有外触发(XY)工作方式功能，数字频率计最高测量频率应不低于40MHz。系统各部分连接应可靠、牢固。注意：确保磁场和扫场连线正确，以防损坏电磁铁和系统。3.2.2 示波器采用X-Y(外扫描)工作方式，其 X轴灵敏度为25V/DIV并通过随机配送的电缆连接到磁共振仪“X轴”输出插座上,示波器Y轴灵敏度为0.20.5V/DIV并通过随机配送的电缆连接到仪器“Y轴”输出插座上。3.2.3 打开电源开关，此时仪器电压表（V）、电流表（A）有指示。为延长系统使用寿命，关机前，“磁场”和“扫场”旋钮应反时针旋到底，再关机。3.2.4调节“磁场”旋钮，使电流表（A）指示为 A左右，（此时的电压表（V）值仅供参考）。顺时针调节“扫场”旋钮至最大，此时扫场电流表指示为70%左右。，此时在上示波器上可以看到带有噪声的扫描线，表示系统已进入工作状态。若数字频率计有频率指示，表明边缘振荡器已起振。若数字频率计指
