一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，包括汞氣檢測裝置和檢測電路，汞氣檢測裝置包括有氣流通道及進(jìn)氣口和出氣口的容器，氣流通道中面對面安裝有汞檢測傳感器和汞參比傳感器，汞檢測傳感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面有鉻膜層，鉻膜層上覆蓋有金膜層，金膜層朝向氣流通道，金膜層的左端和右端各有一個金焊盤，金焊盤及汞參比傳感器分別和檢測電路相連。檢測電路從金膜層的電阻變化信號獲得汞含量值，汞參比傳感器起到溫度補償作用。本實用新型汞含量測試結(jié)果可靠，不易受到干擾，測汞靈敏度高，比現(xiàn)有方法提高兩個數(shù)量級，滿足地震監(jiān)測的需要。
【專利說明】一種地震前兆現(xiàn)場錄氣檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種汞檢測裝置，尤其涉及一種靈敏度高、測試結(jié)果可靠的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱泉、斷裂帶或構(gòu)造帶(破碎帶)，與地震活動有關(guān)的深部斷裂帶上都發(fā)現(xiàn)存在有汞氣；地下核爆破及水壓致裂試驗表明，巖層瞬時加壓和持續(xù)加壓的過程中汞量變化最為明顯、清晰。這些現(xiàn)象都說明，汞氣濃度的增高與地震活動有關(guān)。
[0003]汞具有很高的蒸氣壓。在深部條件下生成的汞蒸氣，在強大的壓力梯度和熱力梯度作用下，其遷移沿斷裂破碎帶、斷層面和開啟的巖石孔隙向地表擴(kuò)散。構(gòu)造活動伴有應(yīng)力及熱力作用，使圍巖受到強壓、扭和錯動摩檫，在此過程中與所接觸的介質(zhì)相互作用。定點或定期測量各種介質(zhì)中汞量變化可了解構(gòu)造的活動性，捕捉地震前兆信息，為地震預(yù)報提供依據(jù)。
[0004]正是由于汞具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是汞的揮發(fā)性、穿透性及對溫度、壓力變化的敏感性，決定了汞對地震反應(yīng)的靈敏性。
[0005]汞量測量方法目前使用冷原子吸收技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行汞量測量。汞氣檢測裝置包括汞燈、單色器、吸收管、石英透鏡和光電倍增管。汞燈產(chǎn)生2537 A汞特征光，通過2537人單色器濾光，再通過吸收管，在可透過紫外線的石英透鏡聚焦下，把特征光投射在光電倍增的光敏陰極上，當(dāng)氣態(tài)汞原子在此環(huán)境中對特征光進(jìn)行吸收時，射在光敏陰極上的特征光發(fā)生微弱變化，光電倍增管把這一變化進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成電量輸出，實現(xiàn)化學(xué)量到電量的轉(zhuǎn)換，完成汞濃度的測量。其基本原理是:任何一種元素的基態(tài)原子對同種元素發(fā)射的特征譜線具有選擇吸收特性，即:汞燈發(fā)射的2537A特征光會被被測氣體中的汞原子選擇性吸收，且在一定濃度范圍內(nèi)透射光強度和基態(tài)原子濃度成正比，根據(jù)其吸光度，可以確定被測樣品的汞濃度。這一關(guān)系服從朗伯-比爾定律。
[0006]但這種汞氣檢測裝置及檢測方法，存在以下不足:1.靈敏度較低，測量汞氣的檢出限為IX 10_ng汞，而地震前兆現(xiàn)場產(chǎn)生的汞氣濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個檢測限，因此，不能滿足地震監(jiān)測的需要；2.功耗大、重量和體積都比較大，不適合野外現(xiàn)場測定；3.水蒸汽、煙塵和有機氣體對測定都會造成干擾；4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，不利于推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型主要解決原有汞氣檢測裝置及檢測方法靈敏度較低，測量汞氣的檢出限為I X KT11g汞，不能滿足地震監(jiān)測的需要的技術(shù)問題；提供一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其測汞靈敏度高，比現(xiàn)有方法提高兩個數(shù)量級，滿足地震監(jiān)測的需要。
[0008]本實用新型同時解決原有汞氣檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，還易受干擾的技術(shù)問題；提供一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，不易受到干擾，測試結(jié)果可靠。[0009]本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:本實用新型包括汞氣檢測裝置和檢測電路，汞氣檢測裝置包括設(shè)有氣流通道及與氣流通道連通的進(jìn)氣口和出氣口的容器，氣流通道中設(shè)有汞檢測傳感器，所述的汞檢測傳感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面設(shè)有一層鉻膜層，鉻膜層上覆蓋有一層金膜層，金膜層朝向所述的氣流通道，金膜層的左端和右端各有一個金焊盤，金焊盤和所述的檢測電路相連。鉻膜層、金膜層都是很薄的一層薄膜，金焊盤也很薄，都只有幾百埃，都是在真空鍍膜裝置中用電子束蒸發(fā)源鍍上的。地震前兆現(xiàn)場產(chǎn)生的氣體(如斷層氣或冷泉、溫泉水中脫出的氣體)中帶有汞氣，帶有汞氣的樣品氣體進(jìn)入汞氣檢測裝置的進(jìn)氣口，流過氣流通道，被金膜層的高純金吸收。而當(dāng)純金中摻入雜質(zhì)的時候，雜質(zhì)原子代替原來金原子在晶格中的位置，或填入金原子晶格間隙，引起對電子的附加散射作用，從而產(chǎn)生附加電阻率，表現(xiàn)為電阻增大。在很薄(只有幾百埃)的金膜層表面，吸附樣品氣體中的汞氣以后，金膜層的電阻值就明顯地增高，而且在10_13?10_7量級汞含量的范圍內(nèi)，金膜層的阻值變化與吸附汞量呈線性關(guān)系，因此，通過檢測電路測量金膜層電阻的變化，就可以測定樣品氣體中汞氣的含量。通過現(xiàn)場測得的汞氣多少，可判斷是否會有地震發(fā)生。本技術(shù)方案測汞靈敏度高，比現(xiàn)有方法提高兩個數(shù)量級，達(dá)到IX 10_13克汞，滿足地震監(jiān)測的需要。
[0010]作為優(yōu)選，所述的汞檢測傳感器的微晶玻璃基片的背面設(shè)有一層鎳鉻膜層，鎳鉻膜層的左端和右端各有一個金焊盤，金焊盤連接一通電加熱電路。本技術(shù)方案中的鎳鉻膜層及與之相連的金焊盤，都是一層薄膜，也是在真空鍍膜裝置中用電子束蒸發(fā)源鍍上的，厚度都只有幾百埃。當(dāng)汞檢測傳感器的金膜層上吸附住的汞到達(dá)飽和時，接通通電加熱電路，對鎳鉻膜層進(jìn)行通電加熱，使吸附在金膜層上的汞得以釋放，從而使汞檢測傳感器的金膜層回到初始狀態(tài)，獲得再生，以便進(jìn)行下一次的汞檢測。
[0011]作為優(yōu)選，所述的氣流通道中設(shè)有汞參比傳感器，汞參比傳感器和所述的汞檢測傳感器面對面安裝在所述的氣流通道的頂面和底面，汞參比傳感器和所述的檢測電路相連。汞參比傳感器能感受流過氣流通道的樣品氣體的溫度，并輸出相應(yīng)信號給檢測電路，以對由汞檢測傳感器獲得的汞含量進(jìn)行溫度補償，并減少樣品氣體中水蒸汽對汞測量結(jié)果的干擾，進(jìn)一步確保汞測量結(jié)果可靠。
[0012]作為優(yōu)選，所述的汞參比傳感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面設(shè)有一層鉻膜層，鉻膜層上覆蓋有一層金膜層，金膜層的左端和右端各有一個金焊盤，金膜層和金焊盤上覆蓋有一層一氧化硅薄膜層，金焊盤和所述的檢測電路相連。本技術(shù)方案中的鉻膜層、金膜層、金焊盤和一氧化硅薄膜層，都是很薄的一層薄膜，都只有幾百埃，也是在真空鍍膜裝置中用電子束蒸發(fā)源鍍上的。一氧化硅薄膜層起到隔離作用，使金膜層無法吸附樣品氣體中的汞氣，但是能感受樣品氣體的溫度變化，這種變化轉(zhuǎn)換成電信號輸送給檢測電路，以對由汞檢測傳感器獲得的汞含量進(jìn)行溫度補償，并減少樣品氣體中水蒸汽對汞測量結(jié)果的干擾，進(jìn)一步確保汞測量結(jié)果的可靠性。
[0013]作為優(yōu)選，所述的檢測電路包括電阻R1、電阻R2、放大器、單片機單元和顯示單元，所述的汞檢測傳感器的一端及所述的汞參比傳感器的一端均和直流電壓V的正極相連，汞檢測傳感器的另一端和電阻Rl的一端相連，汞參比傳感器的另一端和電阻R2的一端相連，電阻Rl的另一端及電阻R2的另一端均和直流電壓V的負(fù)極相連，電阻Rl與汞檢測傳感器的并接點及電阻R2與汞參比傳感器的并接點分別和所述的放大器的兩個輸入端相連，放大器的輸出端和單片機單元的輸入端相連，單片機單元的輸出端和所述的顯示單元相連。電阻R1、電阻R2和汞檢測傳感器、汞參比傳感器組成電橋電路，樣品氣體的溫度變化通過這個電橋電路可以得到補償，消除了溫度變化對汞測量結(jié)果的影響。放大器為交流放大器，它將汞檢測傳感器感應(yīng)到的汞氣濃度所產(chǎn)生的微弱信號加以放大，并送給單片機單元處理，最后由顯示單元顯示出所測得的汞含量。
[0014]作為優(yōu)選，所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)包括凈化器、采樣裝置和抽氣泵，凈化器的進(jìn)口接空氣載氣，凈化器的出口和采樣裝置的出口連通并和所述的汞氣檢測裝置的進(jìn)氣口相連，所述的抽氣泵的進(jìn)口和所述的汞氣檢測裝置的出氣口相連。凈化器與大氣連通，將空氣載氣中的干擾氣體濾除，輸出載氣，采樣裝置采集地震前兆現(xiàn)場的氣體，精確定量后，在凈化器提供的載氣的推動下，樣品氣體被送入汞氣檢測裝置的進(jìn)氣口，樣品氣體中的汞氣被汞檢測傳感器吸附，樣品氣體中的其余氣體在抽氣汞的作用下從汞氣檢測裝置的出氣口排出，并經(jīng)抽氣泵排到環(huán)境中。使樣品氣體能順利流入汞氣檢測裝置中，并順利從汞氣檢測裝置中排出，進(jìn)一步提高每次汞測量結(jié)果的可靠性。
[0015]本實用新型的有益效果是:汞氣檢測靈敏度比現(xiàn)有方法提高約兩個數(shù)量級，達(dá)到IX 10_13克汞，滿足地震監(jiān)測的需要；結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，便于攜帶，成本較低，跟現(xiàn)有裝置相t匕，省去了易碎光學(xué)器件，減少了發(fā)生故障的可能性；干擾因素少，具有溫度補償功能，汞氣測試結(jié)果可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的一種系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2是本實用新型中汞氣檢測裝置的一種剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本實用新型中汞檢測傳感器的一種側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本實用新型中汞參比傳感器的一種側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本實用新型中檢測電路的一種電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中1.氣流通道，2.進(jìn)氣口，3.出氣口，4.容器，5.汞檢測傳感器，6.汞參比傳感器，7.放大器，8.單片機單元，9.顯示單元，10.凈化器，11.采樣裝置，12.抽氣泵，13.空氣載氣，14.汞氣檢測裝置，15.檢測電路，51.微晶玻璃基片，52.鉻膜層，53.金膜層，54.金焊盤，55.鎳鉻膜層，56.金焊盤，61.微晶玻璃基片，62.鉻膜層，63.金膜層，64.金焊盤，65.—氧化娃薄膜層。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0023]實施例:本實施例的一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，如圖1所示，包括凈化器10、采樣裝置11、汞氣檢測裝置14、檢測電路15和抽氣泵12，凈化器10的進(jìn)口接空氣載氣13，凈化器10的出口和采樣裝置11的出口連通并和汞氣檢測裝置14的進(jìn)氣口 2相連，抽氣泵12的進(jìn)口和汞氣檢測裝置14的出氣口 3相連，汞氣檢測裝置14和檢測電路15相連。抽氣泵12采用薄膜抽氣泵，空氣載氣13是普通的空氣。
[0024]如圖2所示，汞氣檢測裝置14包括容器4，容器內(nèi)有水平設(shè)置的呈窄形條狀的氣流通道1，容器4由不吸附汞且耐高溫(280°C )的聚四氟乙烯材料制成，容器的頂面和底面分別有和氣流通道I的左、右端連通的進(jìn)氣口 2和出氣口 3，氣流通道I的頂面和底面分別安裝有汞檢測傳感器5和汞參比傳感器6，汞檢測傳感器5和汞參比傳感器6面對面安裝，中間形成氣流通道。如圖3所示，汞檢測傳感器5包括一微晶玻璃基片51，微晶玻璃基片51的正面通過在真空鍍膜裝置中用電子束蒸發(fā)源鍍有一層鉻膜層52，鉻膜層52上再鍍上一層金膜層53,金膜層53朝向氣流通道1，金膜層53的左端和右端再分別鍍有一個金焊盤54。微晶玻璃基片51的背面鍍有一層鎳鉻膜層55，鎳鉻膜層55的左端和右端再分別鍍有一個金焊盤56，兩個金焊盤56和一通電加熱電路相連。如圖4所示，汞參比傳感器6包括一微晶玻璃基片61，微晶玻璃基片61的正面通過在真空鍍膜裝置中用電子束蒸發(fā)源鍍有一層鉻膜層62,鉻膜層62上再鍍上一層金膜層63,金膜層63的左端和右端再分別鍍有一個金焊盤64,最后再鍍一層一氧化娃薄膜層65, —氧化娃薄膜層65覆蓋住金膜層63和兩個金焊盤64。
[0025]如圖5所示，檢測電路15包括電阻R1、電阻R2、放大器7、單片機單元8和顯示單兀9。鍍在萊檢測傳感器5的金膜層53上的一個金焊盤54及鍍在萊參比傳感器6上的一個金焊盤64均和直流電壓V的正極相連，鍍在汞檢測傳感器5的金膜層53上的另一個金焊盤54和電阻Rl的一端相連,萊參比傳感器6上的另一個金焊盤64和電阻R2的一端相連，電阻Rl的另一端及電阻R2的另一端均和直流電壓V的負(fù)極相連，本實施例中，直流電壓V采用直流12V電壓，上述電阻Rl與汞檢測傳感器5的金焊盤54的并接點及電阻R2與汞參比傳感器6的金焊盤64的并接點再分別和放大器7的兩個輸入端相連，放大器7的輸出端和單片機單元8的輸入端相連，單片機單元8的輸出端和顯示單元9相連，本實施例中，顯示單元采用液晶顯示屏，能顯示圖形、文字、字母及數(shù)字。
[0026]汞氣檢測過程:
[0027]a.凈化器10與大氣連通，將空氣載氣13中的干擾氣體濾除，輸出載氣，采樣裝置11采集地震前兆現(xiàn)場的氣體，精確定量后，在凈化器10提供的載氣的推動下，樣品氣體被送入汞氣檢測裝置14的進(jìn)氣口 2 ；
[0028]b.帶有汞氣的樣品氣體流入汞氣檢測裝置14的進(jìn)氣口 2，流經(jīng)氣流通道1，汞檢測傳感器5的金膜層53吸收樣品氣體中的萊氣,金膜層53電阻增大,其和電阻Rl相連后輸送給放大器7的分壓信號隨之發(fā)生變化，而汞參比傳感器6由于覆蓋了一層一氧化硅薄膜層65，因此不會吸收樣品氣體中的汞氣，但能感受樣品氣體的溫度變化，根據(jù)感受到的溫度不同，汞參比傳感器6的金膜層63電阻也會變化，其和電阻R2相連后輸送給放大器7的分壓信號也隨之發(fā)生變化，然后經(jīng)放大器處理和放大，再輸送給單片機單元處理，最后獲得消除溫度影響的汞氣含量值，在液晶顯示屏上進(jìn)行顯示，而樣品氣體中的其余氣體被抽氣泵12從汞氣檢測裝置14的出氣口 3抽出；
[0029]c.當(dāng)汞氣檢測裝置14完成一次汞氣檢測后，接通和汞檢測傳感器5背面的金焊盤56相連的通電加熱電路，對位于汞檢測傳感器5背面的鎳鉻膜層55進(jìn)行通電加熱，以釋放被汞檢測傳感器5正面的金膜層53吸收的汞，使汞檢測傳感器5的金膜層53回到初始狀態(tài)，獲得再生，以便進(jìn)行下一次的汞氣檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于包括汞氣檢測裝置(14)和檢測電路(15)，汞氣檢測裝置(14)包括設(shè)有氣流通道(I)及與氣流通道(I)連通的進(jìn)氣口(2)和出氣口(3)的容器(4)，氣流通道(I)中設(shè)有汞檢測傳感器(5)，所述的汞檢測傳感器(5)包括一微晶玻璃基片(51)，微晶玻璃基片(51)的正面設(shè)有一層鉻膜層(52)，鉻膜層(52)上覆蓋有一層金膜層(53)，金膜層(53)朝向所述的氣流通道(1)，金膜層(53)的左端和右端各有一個金焊盤(54)，金焊盤(54)和所述的檢測電路(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的汞檢測傳感器(5)的微晶玻璃基片(51)的背面設(shè)有一層鎳鉻膜層(55),鎳鉻膜層(55)的左端和右端各有一個金焊盤(56),金焊盤(56)連接一通電加熱電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的氣流通道(I)中設(shè)有汞參比傳感器出)，汞參比傳感器(6)和所述的汞檢測傳感器(5)面對面安裝在所述的氣流通道⑴的頂面和底面，汞參比傳感器(6)和所述的檢測電路(15)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的汞參比傳感器(6)包括一微晶玻璃基片(61)，微晶玻璃基片(61)的正面設(shè)有一層鉻膜層(62)，鉻膜層(62)上覆蓋有一層金膜層(63),金膜層(63)的左端和右端各有一個金焊盤(64),金膜層(63)和金焊盤(64)上覆蓋有一層一氧化硅薄膜層(65)，金焊盤(64)和所述的檢測電路(15)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測電路(15)包括電阻R1、電阻R2、放大器(7)、單片機單元(8)和顯示單元(9)，所述的汞檢測傳感器(5)的一端及所述的`汞參比傳感器(6)的一端均和直流電壓V的正極相連，汞檢測傳感器(5)的另一端和電阻Rl的一端相連,萊參比傳感器(6)的另一端和電阻R2的一端相連，電阻Rl的另一端及電阻R2的另一端均和直流電壓V的負(fù)極相連，電阻Rl與汞檢測傳感器(5)的并接點及電阻R2與汞參比傳感器(6)的并接點分別和所述的放大器(7)的兩個輸入端相連，放大器(7)的輸出端和單片機單元(8)的輸入端相連，單片機單元(8)的輸出端和所述的顯示單元(9)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地震前兆現(xiàn)場汞氣檢測系統(tǒng)，其特征在于包括凈化器(10)、采樣裝置(11)和抽氣泵(12)，凈化器(10)的進(jìn)口接空氣載氣(13)，凈化器(10)的出口和采樣裝置(11)的出口連通并和所述的汞氣檢測裝置(14)的進(jìn)氣口(2)相連，所述的抽氣泵(12)的進(jìn)口和所述的汞氣檢測裝置(14)的出氣口(3)相連。
【文檔編號】G01N27/12GK203630078SQ201320837467
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】王維熙, 王維平 申請人:杭州超距科技有限公司