GE1.5T核磁共振系统水冷机组自动旁路的改造

蔡林意

怀化市第一人民医院 设备科， 湖南怀化 418000

GE1.5T核磁共振系统水冷机组自动旁路的改造

蔡林意

怀化市第一人民医院 设备科， 湖南怀化 418000

水冷机组是核磁共振制冷系统的组成之一，若其发生故障而不能及时发现并进行相应处理，会导致磁体压力上升，继而损失液氦。本文介绍如何用一些常用的简单元件组成一个自动旁路装置，对水冷机的水路进行相应改造，通过改造达到尽可能减少因水冷机故障而导致的氦压机停机时间。

核磁共振系统；水冷机；氦压机；自动旁路

磁共振系统的制冷部分由水冷机、氦压机、冷头等组成，通过它们的共同工作，把磁体内温度控制在-269℃以维持超导线圈的超导状态。若水冷机发生故障，整个制冷系统会停止工作。为了维持磁体内部-269℃的温度，通过液氦的汽化带走超导线圈的热量，故而会导致磁体内部压力升高、液氦损失。当液面低于60%时，磁体就存在很大的失超风险。

我院水冷机组自2005年使用以来，故障频繁，时常导致氦压机停机而损失大量的液氦，给医院带来巨大的经济损失。为了减少损失，我们对水冷机组进行了自动旁路系统的改造。

1 改造的预期目标

⑴ 水冷机故障时自动切换到旁路工作；

⑵ 水冷机故障自行恢复后能自行切回正常工作；

⑶ 停电时自动切换成旁路，来电后恢复正常；

⑷ 在对水冷机进行维护时可手动切换到旁路；

⑸ 在装置自身发生故障，且需要使用旁路时，可以人工切换到旁路；

⑹ 实时显示水冷机中冷冻液的温度；

⑺ 在旁路工作状态时有灯光报警指示。

2 设计原理

无论水冷机组因哪种故障而停机，最终表现均为冷冻液温度的上升。该装置通过使用温度传感器检测冷冻液的温度，并予以实时显示。在此装置中设定一自动旁路工作阈值，当冷冻液温度高于此阈值时，该装置通过控制电磁阀的动作，自动切换到旁路工作，并发出灯光报警指示。图1为原理框图。

图 1 原理框图

3 具体设计

3.1 温度检测及实时显示

采用温度传感器AD590和ICL芯片ICL7106/7107以及LED/LCD显示器来完成温度的检测及实时显示。

如图2所示，把AD590和ICL7106/7107连接，再加上LED/LCD和几个电阻就能实现温度的检测及实现实时显示。UREF（参考电压）对摄氏温标取500mV。

图 2 实时温度检测及显示电路

3.2 旁路工作阈值的确定及自动旁路和旁路工作指示

3.2.1 旁路工作阈值的确定。通过实际工作中的观察可知，正常情况下，冷冻液温度在18~24℃之间波动。若水冷机组发生故障，当冷冻液温度上升到40℃左右时会报错超温并停机，停机后温度会继续上升，但不会超过70℃。而正常工作中温度不会超过30℃。故可把自动旁路的工作阈值设定为30℃。

3.2.2 自动旁路控制。八段数码/液晶显示在显示0～6时，其中c段和g段在显示0~2时其中的一个是高电平；在显示3~6时，两个全是高电平。如图2-1所示，在ICL芯片的十位输出端的c、g两脚引出信号，送进一个与门，再把与门的输出端与开关三极管的基极相连。当温度显示的十位为0~2时，与门输出低电平（即无电流输出），开关三极管处于截止状态。故当温度显示为0~29℃时，开关三极管处于截止状态；当温度显示为30~69℃时，开关三极管处于导通状态。

图 2-1 自动旁路控制电路

3.2.3 旁路及旁路工作指示。如图2-2所示，四个电磁阀中，两个为常开电磁阀，两个为常闭电磁阀。当温度显示为0~29℃时，开关三极管处于截止状态，固态继电器不工作，电磁阀不工作保持原状态，发光二极管没有电流通过不发光；当温度显示为30~69℃时，开关三极管处于导通状态，固态继电器工作，交流220V电源加到电磁阀上，电磁阀工作实现旁路工作，同时发光二极管有电流通过，开始发光，实现旁路工作灯光指示亮灯。

图 2-2 旁路及旁路工作指示电路

3.3 停电自动旁路及手动旁路

3.3.1 停电自动旁路。

如图3所示，从ICL芯片个位显示输出端的b、c脚引出信号送入一个或门，再把或门的输出信号通过一个由市电控制的继电器常闭继电器后与开关三极管的基极相连。无论个位温度显示为何数时，或门输出均为高电平。当市电停电时，常闭继电器恢复到闭合状态，开关三极管基极加上高电平，开关三极管导通，旁路工作开始；来电后或门输出通过常闭继电器加到开关三极管基极的高电平消失。只要此时温度显示低于29℃，装置会自动切换回正常回路。3.3.2 手动旁路。如图3所示，将一个开关跨接在或门输出端和开关三极管基极之间。若需手动旁路时，闭合开关S；断开开关S，若此时温度显示低于29℃则回到正常回路。

图 3 停电自动旁路及手动旁路电路

4 整合

本装置设计的最终目的是尽可能减少氦压机的停机时间。故将温度检测及实时显示部分使用双路设置，使用连动开关来控制使用A路或B路的温度显示作为取样线路。各个部件尽可能使用插件以方便维护及维修更换。组装好后，把温度传感器置于30℃的水中进行校准调节，以确保在30℃附近有最大精确度（AD590的最高精度型号的精确度为0.1℃）。

停电自动旁路的继电器使用市电控制。ICL芯片供电和开关三极管所控制的点由12V开关电源提供，此12V开关电源和电磁阀的工作电源由220V的UPS提供。

5 结语

此装置在实际使用中实现了预期的目的，减少了氦压机的停机时间。但装置在旁路工作时温度显示会变暗，此问题可以通过添加有源功率放大器来解决。还可通过对水冷机水路的改造来方便电磁阀的维修与维护。

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Automatic Bypass Reform of GE1.5T MRI Water-cooled Unit

CAI Lin-yi
Equipment Department,Huaihua First People's Hospital,Huaihua Hunan 418000,China

TH774；TB657

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.08.037

1674-1633(2010)08-0095-02

2009-12-03

2010-06-12

作者邮箱：monwjg@yahoo.com.cn

Abstract: Water-cooled unit is a part of the MR refrigeration system, if its failure can not be found in time and not be solved properly, it will increase the magnetic pressure, then the liquid helium will lose.We used some common components, and made a simple auto-bypass device, and rebuilt the water cooled machine transformation, so we can minimize the time that helium compressor doesn't work.

Key words: MRI system;water-cooled system;helium compressor;automatic bypass