專利名稱：一種用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和地球物理勘探領(lǐng)域，特別涉及一種用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置及其制備方法，其適用于采集海底微弱電場(chǎng)信號(hào)。
背景技術(shù)：
采集到海底大地電磁信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，可以揭示海底以下巖石介質(zhì)的分布規(guī)律，了解地下復(fù)雜的地質(zhì)情況，探測(cè)海底石油、天然氣水合物和各種礦藏的儲(chǔ)量及分布。然而，海底電場(chǎng)信號(hào)較陸地電場(chǎng)信號(hào)有所不同，具體表現(xiàn)在一、由于海水高導(dǎo)屏蔽作用對(duì)信號(hào)的衰減，使得海底電場(chǎng)信號(hào)與陸地相比極其微弱。據(jù)文獻(xiàn)記載，在IOOOm深處，O. IHz附近的信號(hào)約10_18(V/m)2數(shù)量級(jí)。增加電極距可以提高信號(hào)幅度，但目前受科考船甲板面積和起吊設(shè)備的限制，IOm的電極距已是海上作業(yè)允許的最大跨度。所以，要想探測(cè)到微弱的電場(chǎng)信號(hào)，必須降低電極本身的噪聲，來(lái)提高其弱信號(hào)分辨能力。二、海底電場(chǎng)信號(hào)以中、低頻率的信號(hào)為主，所以采集時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。要想得到頻率小于O. OOlHz且可靠的大地電磁響應(yīng),采集時(shí)間需超過(guò)10小時(shí)。由于海水氯離子濃度的變化以及環(huán)境條件的影響，電極間的電位差總是不斷變化的。因此，只有減小電極的電位漂移量，才能保證測(cè)量的穩(wěn)定性。三、根據(jù)電化學(xué)理論，非同相介質(zhì)相互接觸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)強(qiáng)度與溶液濃度、環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度、介質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等因素有關(guān)，電極與海水接觸必然會(huì)刳起電化學(xué)噪聲。與陸地相比，海底有其特殊的噪聲源如船舶干擾、聲學(xué)噪聲、海水運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)噪聲等。由于海底電場(chǎng)信號(hào)非常微弱，這就要求電極本身的噪聲要非常的小，才不至于湮沒(méi)有用的信號(hào)。目前處于研究和試驗(yàn)中銀/氯化銀(Ag/AgCl)被選為海洋電極的基本材料，但是其常用電極為采用粉末壓片法制作的固態(tài)銀/氯化銀電極，其方法是將電極原料銀(Ag)和氯化銀(AgCl)按照一定的比例混合，壓制，燒結(jié)成型而制成，其隨著海水的侵蝕而不斷腐蝕而不能得到準(zhǔn)確一致性的信號(hào)，從而使在不同時(shí)間段采集得到的信號(hào)準(zhǔn)確性不一致。由此看來(lái)，要想準(zhǔn)確的采集海底微弱電場(chǎng)信號(hào)，特別需要研制一種高靈敏度，高穩(wěn)定性，低噪聲的電極裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置及其制備方法，該電極裝置具有更好的弱信號(hào)分辨能力，穩(wěn)定性好，噪聲低，能夠準(zhǔn)確測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)。依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置，其包括銀/氯化銀電極、電極保護(hù)罩、電極保護(hù)蓋、信號(hào)傳輸接插件，其中，銀/氯化銀電極由銀/ 氯化銀電極片、微孔管、有機(jī)玻璃棒、氯化銀粉末和硅藻土的混合物組成；有機(jī)玻璃棒固定在微孔管中心，防止銀/氯化銀電極片在微孔管內(nèi)晃動(dòng)；氯化銀粉末和硅藻土按照一定體積比均勻混合，填充微孔管內(nèi)部空隙；電極保護(hù)罩上部被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸接插件與銀 /氯化銀電極的連接以及銀/氯化銀電極的密封；電極保護(hù)罩下部與電極保護(hù)蓋被設(shè)計(jì)為表面多孔，其作用除了保護(hù)銀/氯化銀電極不易碰損外，主要是減緩海水與銀/氯化銀電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；信號(hào)傳輸接插件用O型圈與電極保護(hù)罩頂端密封；電極保護(hù)蓋固定于電極保護(hù)罩底部，得到完整用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置。優(yōu)選地，微孔管平均孔徑為150 μ m。氯化銀粉末和硅藻土按照體積比I : 2均勻混合。 優(yōu)選地，銀/氯化銀電極通過(guò)銀線與信號(hào)傳輸接插件弓I線連接；銀/氯化銀電極用環(huán)氧樹(shù)脂密封；電極保護(hù)罩和電極保護(hù)蓋為表面多孔的ABS材料。依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供制備用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置的方法，其包括以下步驟(I)具有一定形狀的銀經(jīng)過(guò)除雜后放入電解質(zhì)溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，同樣形狀的銀作陰極參與氧化還原反應(yīng)，供入合適的電流，電解一段時(shí)間后，氯化銀均勻覆蓋在銀表面，得到銀/氯化銀電極片；(2)銀/氯化銀電極片用蒸餾水沖洗干凈后放入微孔管；(3)氯化銀粉末和硅藻土按照一定的比例混合后，塞入微孔管內(nèi)的空隙部分，用環(huán)氧樹(shù)脂密封微孔管，得到銀/氯化銀電極；(4)銀/氯化銀電極放入電極保護(hù)罩內(nèi)，并用環(huán)氧樹(shù)脂密封；(5)用銀線將銀/氯化銀電極與信號(hào)傳輸接插件引線連接；(6)信號(hào)傳輸接插件用O型圈與電極保護(hù)罩頂端密封；電極保護(hù)蓋固定于電極保護(hù)罩底部，得到完整電極裝置。優(yōu)選地，電解過(guò)程中包括兩個(gè)銀片，分別為陰極銀片和陽(yáng)極銀片；兩個(gè)銀片之間的距離為50mm ;陰極銀片應(yīng)垂直于陽(yáng)極銀片放置。進(jìn)一步地，電解過(guò)程中，通入的電流密度為 lOmA/cm2 (毫安/平方厘米)，通入電流的時(shí)間為Imin (分鐘)。更優(yōu)選地，銀片先用丙酮去除表面污垢，然后用30%的稀硝酸溶液浸蝕，最后用蒸餾水沖洗。本發(fā)明制備的銀/氯化銀電極片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能可靠。選擇合適的電流密度、電解時(shí)間以及擺放位置，既保證了電解過(guò)程中氯化銀能均勻分布在銀表面，又不易脫落；反應(yīng)過(guò)程不會(huì)引入其它雜質(zhì)，降低了銀/氯化銀電極本身的噪聲；同時(shí)采用電極保護(hù)罩和電極保護(hù)蓋等保護(hù)措施，避免外界環(huán)境對(duì)銀/氯化銀電極裝置產(chǎn)生較大的影響。本發(fā)明電極裝置解決了目前海洋常用電極噪聲大，極差不穩(wěn)定的問(wèn)題，具有更低的噪聲，較好的弱信號(hào)分辨能力，穩(wěn)定性好，能夠準(zhǔn)確測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)，目前應(yīng)用于海底大地電磁探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。


圖I是電解原理示意圖；圖2是電解過(guò)程中銀片位置示意圖；圖3是本發(fā)明銀/氯化銀電極結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明電極裝置結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明電極保護(hù)罩和電極保護(hù)蓋結(jié)構(gòu)圖；圖6是信號(hào)傳輸接插件示意圖；圖7是電極裝置穩(wěn)定性測(cè)試裝置示意圖；圖8是電極裝置噪聲測(cè)試裝置示意圖；圖9是本發(fā)明電極裝置的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果；圖10是本發(fā)明電極裝置的噪聲測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置及其制備方法，下面僅僅作為示例來(lái)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地知曉，只要符合本發(fā)明思想的方法及系統(tǒng)均落入本發(fā)明之中；另外地，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明的保護(hù)范圍僅僅限制至用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置的具體結(jié)構(gòu)或部件的具體參數(shù)。根據(jù)研究表明，首先，Ag/AgCl電極在海水中存在兩個(gè)相界面(AglAgCl !CD，電極表面的Ag和AgCl分別作為陽(yáng)極和陰極參與反應(yīng)并趨于平衡，電極反應(yīng)表示為
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置，其包括銀/氯化銀電極、電極保護(hù)罩、 電極保護(hù)蓋、信號(hào)傳輸接插件，其中，銀/氯化銀電極(Ag/AgCl電極)由銀/氯化銀電極片、微孔管、有機(jī)玻璃棒、氯化銀 (AgCl)粉末和硅藻土的混合物組成；有機(jī)玻璃棒固定在微孔管中心，防止銀/氯化銀電極片在微孔管內(nèi)晃動(dòng)；氯化銀粉末和硅藻土按照一定體積比均勻混合，填充微孔管內(nèi)部空電極保護(hù)罩上部被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸接插件與銀/氯化銀電極的連接以及銀/氯化銀電極的密封；電極保護(hù)罩下部與電極保護(hù)蓋被設(shè)計(jì)為表面多孔；電極保護(hù)罩的作用除了保護(hù)銀/氯化銀電極不易碰損外，還具有減緩海水與銀/氯化銀電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用；信號(hào)傳輸接插件用O型圈與電極保護(hù)罩頂端密封；電極保護(hù)蓋固定于電極保護(hù)罩底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極裝置，其特征在于微孔管平均孔徑為150μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極裝置，其特征在于氯化銀粉末和硅藻土按照體積比 I 2均勻混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極裝置，其特征在于銀/氯化銀電極通過(guò)銀線與信號(hào)傳輸接插件引線連接；銀/氯化銀電極用環(huán)氧樹(shù)脂密封；電極保護(hù)罩和電極保護(hù)蓋為表面多孔的ABS材料。
5.一種制備如上述權(quán)利要求1-4所述的用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置的方法，其包括以下步驟(1)一定形狀的銀(Ag)經(jīng)過(guò)除雜后放入電解質(zhì)溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，同樣形狀的銀作陰極參與氧化還原反應(yīng)，供入合適的電流，電解一段時(shí)間后，氯化銀均勻覆蓋在銀表面，得到銀/氯化銀電極片；(2)銀/氯化銀電極片用蒸餾水沖洗干凈后放入微孔管；(3)氯化銀粉末和硅藻土按照一定的體積比例混合后，塞入微孔管內(nèi)的空隙部分，用環(huán)氧樹(shù)脂密封微孔管，得到銀/氯化銀電極；(4)銀/氯化銀電極放入電極保護(hù)罩內(nèi)，并用環(huán)氧樹(shù)脂密封；(5)用銀線將銀/氯化銀電極與信號(hào)傳輸接插件引線連接；(6)信號(hào)傳輸接插件用O型圈與電極保護(hù)罩頂端密封；電極保護(hù)蓋固定于電極保護(hù)罩底部，得到用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的完整電極裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于電解過(guò)程中包括兩個(gè)銀片，分別為陰極銀片和陽(yáng)極銀片；兩個(gè)銀片之間的距離為50mm ;陰極銀片應(yīng)垂直于陽(yáng)極銀片放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于電解過(guò)程中，通入的電流密度為IOmA/ cm2,通入電流的時(shí)間為Imin。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于銀片先用丙酮去除表面污垢，然后用30% 的稀硝酸溶液浸蝕，最后用蒸餾水沖洗。
全文摘要
一種用來(lái)測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)的電極裝置及其制備方法，該電極裝置包括銀/氯化銀電極、電極保護(hù)罩、電極保護(hù)蓋、信號(hào)傳輸接插件，其中銀/氯化銀電極由銀/氯化銀電極片、微孔管、有機(jī)玻璃棒、氯化銀粉末和硅藻土的混合物組成；電極保護(hù)罩和電極保護(hù)蓋采用ABS材料；電極保護(hù)罩上部設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸接插件與銀/氯化銀電極的連接以及銀/氯化銀電極的密封；電極保護(hù)罩下部與電極保護(hù)蓋設(shè)計(jì)為表面多孔；信號(hào)傳輸接插件用O型圈與電極保護(hù)罩頂端密封；電極保護(hù)蓋固定于電極保護(hù)罩底部。本發(fā)明電極裝置具有更低的噪聲，較好的弱信號(hào)分辨能力，穩(wěn)定性好，能夠準(zhǔn)確測(cè)量海底微弱電場(chǎng)信號(hào)。
文檔編號(hào)G01V3/08GK102608661SQ20121005540
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者張啟升, 成天, 王振東, 王猛, 鄧明, 陳凱, 魏文博, 黃江杰 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)