本發(fā)明涉及檢測(cè)領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣體參數(shù)的原位測(cè)定裝置及測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

目前，可用于測(cè)定(例如，二氧化碳)氣體通量的方法主要包括箱法、微氣象學(xué)法、超大箱長(zhǎng)光程紅外色譜法以及同位素法。其中最常用的是微氣象學(xué)法和箱法。箱法又分為靜態(tài)箱法和動(dòng)態(tài)箱法，其中靜態(tài)箱法是應(yīng)用最為普遍的方法之一。

靜態(tài)箱法是一種比較簡(jiǎn)單的通量測(cè)量方法，其箱體是由化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料制成，容積和底面積都有準(zhǔn)確值。箱子底面開(kāi)口，上面有蓋，蓋子可靈活開(kāi)啟和關(guān)閉。測(cè)量時(shí)，用箱子將被測(cè)地面罩起來(lái)，在保持箱內(nèi)空氣與外界沒(méi)有任何交換的情況下，每隔一段時(shí)間對(duì)箱內(nèi)待測(cè)氣體的濃度測(cè)量1次，然后根據(jù)被測(cè)氣體濃度隨時(shí)間的變化利用函數(shù)關(guān)系即可獲得被罩表面氣體的排放通量。

然而上述方法僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)地表土壤的二氧化碳?xì)怏w的通量進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法對(duì)地質(zhì)蓋層中或任意地層深度的二氧化碳通量進(jìn)行檢測(cè)。

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中尚無(wú)良好解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備和方法，通過(guò)本發(fā)明提供的設(shè)備和方法，例如能夠在氣體埋藏存儲(chǔ)的條件下，對(duì)地質(zhì)蓋層中的氣體是否向上泄露進(jìn)行檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種氣體參數(shù)的原位測(cè)定裝置，該測(cè)定裝置包括：檢測(cè)管，被配置成布置于具有預(yù)定深度的測(cè)量井中，該檢測(cè)管底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有第一密封隔板，所述檢測(cè)管的管壁與所述第一密封隔板和所述井底土層形成集氣室；以及氣體參數(shù)分析儀，設(shè)置在所述檢測(cè)管中，被配置成原位檢測(cè)所述集氣室中的待測(cè)氣體的特定參數(shù)。

進(jìn)一步地，該測(cè)定裝置還包括：溫濕度傳感器，設(shè)置在所述第一密封隔板上，被配置成檢測(cè)所述集氣室中的溫度和濕度；和壓力傳感器，設(shè)置在所述第一密封隔板上，被配置成檢測(cè)所述集氣室中的壓力。

進(jìn)一步地，該測(cè)定裝置還包括：循環(huán)管路，具有與所述集氣室相通的入口和出口；和除濕器，被配置成對(duì)流經(jīng)該除濕器的氣體除濕干燥，所述除濕器與所述氣體參數(shù)分析儀在所述循環(huán)管路中從入口到出口依次串聯(lián)。

進(jìn)一步地，該測(cè)定裝置還包括：氣泵，該氣泵設(shè)置在所述循環(huán)管路中所述除濕器與所述氣體參數(shù)分析儀之間，被配置成抽取所述集氣室中的氣體以及將所抽取的氣體送至所述氣體參數(shù)分析儀。

進(jìn)一步地，該測(cè)定裝置還包括：電磁閥，設(shè)置于所述循環(huán)管路中，被配置成當(dāng)所述壓力傳感器和所述溫濕度傳感器檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度中的至少一者超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)開(kāi)啟以泄氣，以及當(dāng)泄氣后所述壓力傳感器和所述溫濕度傳感器檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度恒定不變時(shí)關(guān)閉。

進(jìn)一步地，該檢測(cè)管內(nèi)在所述第一密封隔板遠(yuǎn)離所述開(kāi)口的一側(cè)還具有第二密封隔板，所述第二密封隔板與所述第一密封隔板以及所述檢測(cè)管內(nèi)壁圍成閉合空間，所述溫濕度傳感器、所述壓力傳感器、所述氣體濃度分析儀以及所述除濕器處于所述閉合空間中。

進(jìn)一步地，所述測(cè)定裝置還包括貫穿所述第二密封隔板的通風(fēng)管，用于將所述封閉空間與地面環(huán)境導(dǎo)通以通風(fēng)。

進(jìn)一步地，所述測(cè)定裝置還包括：設(shè)置在所述集氣室中的潛水泵和積水探測(cè)器，所述積水探測(cè)器被配置成對(duì)所述集氣室中的積水水位進(jìn)行檢測(cè)，所述潛水泵被配置成當(dāng)所述集氣室中積水水位達(dá)到預(yù)定高度時(shí)開(kāi)啟以將積水排出所述集氣室。

進(jìn)一步地，所述檢測(cè)管底部的開(kāi)口處設(shè)置有集氣隔板，該集氣隔板具有多個(gè)供氣體通過(guò)以進(jìn)入所述集氣室的孔。

進(jìn)一步地，所述測(cè)定裝置還包括地面采樣吸氣管，該地面采樣吸氣管通過(guò)電磁閥與所述循環(huán)管路連通，以能夠?qū)⑺龃郎y(cè)氣體送至地面。

本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種氣體參數(shù)的原位測(cè)定方法，該測(cè)定方法包括：開(kāi)挖具有預(yù)定深度的測(cè)量井；在該測(cè)量井中布置檢測(cè)管以在該測(cè)量井的底部形成集氣室，其中，該檢測(cè)管底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有密封隔板，所述檢測(cè)管的管壁與所述密封隔板和所述井底土層形成所述集氣室；以及原位檢測(cè)所述集氣室中的待測(cè)氣體的特定參數(shù)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，該測(cè)定方法還包括：原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、濕度和壓力。

進(jìn)一步地，該測(cè)定方法還包括：在原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體的特定參數(shù)數(shù)據(jù)之前，對(duì)所述集氣室中的氣體進(jìn)行除濕干燥。

進(jìn)一步地，該測(cè)定方法還包括：當(dāng)所檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度中的至少一者超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，釋放所述集氣室中的氣體；以及當(dāng)釋放后所述集氣室中的氣體的壓力、溫度和濕度恒定不變時(shí)停止釋放，然后繼續(xù)原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體特定參數(shù)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，該測(cè)定方法還包括：分別在地面和地下原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的待測(cè)氣體特定參數(shù)數(shù)據(jù)；以及比對(duì)地面和地下原位的檢測(cè)數(shù)據(jù)以 進(jìn)行校驗(yàn)。

通過(guò)上述技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)待測(cè)氣體的參數(shù)，避免氣體在被檢測(cè)前參數(shù)受傳輸距離和環(huán)境的影響而發(fā)生改變和/或滯后。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氣體通量的原位測(cè)定裝置示例性結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的氣體通量的原位測(cè)定方法流程圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的氣體通量的原位測(cè)定裝置示例性結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種氣體參數(shù)的原位測(cè)定裝置，該測(cè)定裝置包括：檢測(cè)管，被配置成布置于具有預(yù)定深度的測(cè)量井中，該檢測(cè)管底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有第一密封隔板，所述檢測(cè)管的管壁與所述第一密封隔板和所述井底土層形成集氣室；以及氣體參數(shù)分析儀，設(shè)置在所述檢測(cè)管中，被配置成原位檢測(cè)所述集氣室中的待測(cè)氣體的特定參數(shù)。

待測(cè)氣體的特定參數(shù)可以包括各種常用的可通過(guò)常用儀器檢測(cè)或分析獲得的數(shù)據(jù)，例如濃度、密度、流量等數(shù)據(jù)，如本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所理解的，可根據(jù)檢測(cè)得到的特定參數(shù)結(jié)合其它例如壓力、溫度、時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算獲得氣體的其他無(wú)法直接測(cè)定的參數(shù)數(shù)據(jù)，例如氣體的通量。在本文中，氣體參數(shù)包括可通過(guò)儀器直接檢測(cè)到的特定參數(shù)和需要結(jié)合兩個(gè)或以上特定參數(shù)計(jì)算獲得的參數(shù)。

下面結(jié)合圖1所示，以采用氣體濃度分析儀為例來(lái)說(shuō)明如何測(cè)定待測(cè)氣體的通量。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的氣體通量的原位測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的氣體通量的原位測(cè)定裝置可以包括：檢測(cè)管1，被配置成布置于具有預(yù)定深度的測(cè)量井中，該檢測(cè)管1底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管1內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有第一密封隔板2，所述檢測(cè)管1的管壁與所述第一密封隔板2和所述井底土層形成集氣室；溫濕度傳感器3，設(shè)置在所述第一密封隔板2上，被配置成檢測(cè)所述集氣室中的溫度和濕度；壓力傳感器4，設(shè)置在所述第一密封隔板2上，被配置成檢測(cè)所述集氣室中的壓力；循環(huán)管路5，該循環(huán)管路5具有與所述集氣室相通的入口和出口；以及氣體濃度分析儀6(例如，二氧化碳濃度分析儀)，設(shè)置在所述檢測(cè)管1中與所述循環(huán)管路5串聯(lián)，被配置成原位檢測(cè)所述循環(huán)管路5中的待測(cè)氣體(例如，二氧化碳)的濃度。

本文中所稱的“原位檢測(cè)”是指在氣體采集點(diǎn)直接對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)量或分析，而不是將采集到的氣體送回地面進(jìn)行測(cè)量或分析，如此能避免氣體在輸送過(guò)程中受到環(huán)境的影響而使得測(cè)量或分析結(jié)果不能準(zhǔn)確反映出采集地的狀況，同時(shí)也能夠?qū)崟r(shí)地獲得測(cè)量或分析數(shù)據(jù)。

通過(guò)上述技術(shù)方案，檢測(cè)管的最底部有集氣室，是由密封隔板構(gòu)成的一個(gè)一定體積的封閉空間，底部敞開(kāi)，直接扣在測(cè)量深度的土層上，形成測(cè)量濃度/通量的箱體。利用不同的傳感器，例如、溫度、濕度、壓力檢測(cè)探頭可 以實(shí)時(shí)檢測(cè)集氣室內(nèi)的氣體狀態(tài)。通過(guò)兩個(gè)不同時(shí)間上的濃度差，輔助溫度，壓力，濕度等的修正，在集氣室容積一定的情況下，可以很容易計(jì)算出單位時(shí)間土壤的氣體通量。以二氧化碳為例，其中，二氧化碳的濃度可以通過(guò)二氧化碳濃度分析儀來(lái)測(cè)量(例如，紅外二氧化碳濃度分析儀)。通過(guò)推導(dǎo)：通量計(jì)算公式為：

F＝0.0053(C₂-C₁)*P*H/(273+T)(t₂-t₁)

式中：名義高度H為固定的值，為管路的體積也折算成集氣室體積后的集氣室的總高度，單位為米。通量F單位為mg/m²/hr。P為絕對(duì)壓力，單位為Pa。C₁、C₂為對(duì)應(yīng)于不同測(cè)量時(shí)間的二氧化碳濃度，單位為PPM(mg/L)。T為攝氏溫度。t₁、t₂為不同測(cè)量時(shí)間，單位為hr(小時(shí))。

上述實(shí)施方式中，為了獲得集氣室中氣體的濕度數(shù)據(jù)，優(yōu)選地，該測(cè)定裝置還可以包括濕度傳感器(例如，可以是同時(shí)具有溫度和濕度檢測(cè)的溫度濕度探頭)，設(shè)置在密封隔板2上。

在上述實(shí)施方式中，集氣室中的氣體通過(guò)循環(huán)管路5的入口進(jìn)入循環(huán)管路5，經(jīng)過(guò)氣體濃度分析儀6后，從循環(huán)管路5的出口回到集氣室。為了消除氣體濕度對(duì)二氧化碳濃度檢測(cè)造成的影響，在實(shí)施方式中可以在循環(huán)管路5的近入口端設(shè)置除濕器7(例如，膜過(guò)濾除濕器)。該除濕器7，可以對(duì)流經(jīng)該除濕器7的氣體除濕干燥。除濕器7可以與所述氣體濃度分析儀6在循環(huán)管路5中從入口到出口依次串聯(lián)。

在實(shí)施方式中，上述氣體循環(huán)過(guò)程可能比較緩慢，并不利于數(shù)據(jù)的獲取。因此，優(yōu)選地，可以在循環(huán)管路5中設(shè)置氣泵8(例如，柱塞氣泵)，通過(guò)氣泵8將集氣室中的氣體吸入后送至氣體濃度分析儀6。在這樣的實(shí)施方式中，氣泵8可以設(shè)置在循環(huán)管路5中除濕器7與所述氣體濃度分析儀6之間，氣泵8可以抽取集氣室中的氣體以及將所抽取的氣體送至氣體濃度分析儀6。

使用氣泵8可以實(shí)現(xiàn)氣體在循環(huán)管路5中的定向流動(dòng)。通過(guò)氣泵8將集 氣室內(nèi)的氣體抽出來(lái)，通過(guò)過(guò)濾除濕器7，送入氣體濃度分析儀6檢測(cè)氣體濃度，然后再返回到集氣室中形成一個(gè)封閉循環(huán)。這樣可以實(shí)時(shí)得知集氣室內(nèi)的待測(cè)氣體濃度。

在檢測(cè)過(guò)程中，密閉氣路循環(huán)會(huì)導(dǎo)致氣體溫度的升高，密閉的集氣也會(huì)導(dǎo)致壓力的增高。為了保證設(shè)備安全性和檢測(cè)結(jié)果的可靠性，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的箱法測(cè)定的同時(shí)，利用溫度、壓力和濕度的檢測(cè)探頭可以實(shí)時(shí)感知集氣室內(nèi)的氣體狀態(tài)，在若干個(gè)測(cè)量周期結(jié)束后，可以通過(guò)設(shè)置在循環(huán)管路5上的電磁閥9可以釋放集氣室內(nèi)憋住的氣體，從而更新集氣室內(nèi)的氣體。使重復(fù)測(cè)定成為可能。

在此實(shí)施方式中，本發(fā)明提供的測(cè)定裝置還可以包括設(shè)置于循環(huán)管路5中的電磁閥9，該電磁閥9可以當(dāng)壓力傳感器4檢測(cè)到的壓力超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)開(kāi)啟以泄氣，以及當(dāng)泄氣后壓力傳感器4檢測(cè)到的壓力回到檢測(cè)開(kāi)始時(shí)的初始狀態(tài)或恒定不變時(shí)關(guān)閉。集氣室中的溫度、濕度和壓力都會(huì)對(duì)測(cè)定裝置的正常工作造成影響，在實(shí)施方式，電磁閥9可以當(dāng)壓力傳感器4和所述溫濕度傳感器3檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度中的至少一者超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)開(kāi)啟以泄氣，以及當(dāng)泄氣后壓力傳感器4和溫濕度傳感器3檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度恒定不變時(shí)關(guān)閉。

上述電磁閥9的開(kāi)關(guān)控制可以通過(guò)壓力傳感器4來(lái)控制，也可以定期控制電磁閥9的開(kāi)關(guān)。任一種控制方式都可以排放掉集氣室內(nèi)積累起來(lái)的壓力，并對(duì)集氣室里面的氣體進(jìn)行更新，以便開(kāi)始一次新的測(cè)量。

本發(fā)明的原理可以簡(jiǎn)單描述為如下(仍以對(duì)二氧化碳的檢測(cè)為例)。在一個(gè)預(yù)定深度的測(cè)量井內(nèi)布放氣體檢測(cè)管，氣體檢測(cè)管最下部直接接觸井底土層(例如距離地面200米深的地下土層)，檢測(cè)管底部為開(kāi)口，里面適當(dāng)部位設(shè)置有密封隔板，在檢測(cè)管內(nèi)的密封隔板至土壤間可以形成一個(gè)封閉空間作為集氣室，收集土壤中逸出的二氧化碳，實(shí)現(xiàn)井下的箱法通量測(cè)量。集 氣室上方可以有氣泵通過(guò)細(xì)管從集氣室吸氣，經(jīng)干燥后去分析儀進(jìn)行分析，分析后的氣體再回到集氣室，形成一個(gè)固定容積的循環(huán)氣路。分析儀可以隨時(shí)測(cè)量其中的二氧化碳濃度，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV＝nRT

其中，

P—壓力，單位pa

V—體積，單位m³

n—摩爾量，單位kg/mol

R—?dú)怏w常數(shù)，8.31J/(mol.K)

T—絕對(duì)溫度，單位為K，

即可以計(jì)算固定時(shí)間內(nèi)的二氧化碳通量。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，上述各傳感器(例如、溫度濕度測(cè)量探頭、壓力測(cè)量探頭)的數(shù)據(jù)以及二氧化碳濃度分析儀的數(shù)據(jù)例如可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置(例如采樣電路)進(jìn)行采集。采集到的模擬信號(hào)可以通過(guò)模數(shù)變換為數(shù)字信號(hào)。測(cè)定裝置可以配置有控制器或者與外部控制器或計(jì)算機(jī)連接?？刂破骺梢允菃纹瑱C(jī)、集成電路芯片等具有運(yùn)算處理能力的硬件元件?？刂破骱?或計(jì)算機(jī)可以從數(shù)據(jù)采集裝置獲得數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳通量的計(jì)算。在實(shí)施方式中，當(dāng)壓力測(cè)量探頭檢測(cè)到的壓力超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，控制器和/或計(jì)算機(jī)可以暫停測(cè)定，并發(fā)送控制信號(hào)到電磁閥開(kāi)啟以泄氣，以及當(dāng)壓力恢復(fù)到檢測(cè)初始狀態(tài)時(shí)，控制器和/或計(jì)算機(jī)可以發(fā)送控制信號(hào)到電磁閥關(guān)閉，然后重新開(kāi)始執(zhí)行測(cè)定。氣泵的抽排氣動(dòng)作可以按設(shè)定周期進(jìn)行也可以由控制器和/或計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行。

通過(guò)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，測(cè)量之前的原始溫度、壓力和濕度為地下該處的原始數(shù)值，開(kāi)始測(cè)量時(shí)，電磁閥9可以由釋放氣路轉(zhuǎn)變?yōu)槊荛]循環(huán)氣路。這時(shí)，開(kāi)始測(cè)量待測(cè)氣體的濃度，期間的氣體溫度、壓力都會(huì)隨時(shí)間推移而緩慢升高，測(cè)量完畢后，可以將電磁閥9切換到釋放氣路的位置，集氣 室內(nèi)氣體就會(huì)釋放到井管(或測(cè)量井)中，最后釋放到地面大氣中。當(dāng)集氣室內(nèi)的溫度壓力都恢復(fù)到初始狀態(tài)不再改變之后，電磁閥9就可以再次切換到密閉循環(huán)氣路的測(cè)量狀態(tài)進(jìn)行第二次的測(cè)量。如此循環(huán)。

本發(fā)明還提供了一種氣體濃度的原位測(cè)定方法，該測(cè)定方法包括：

開(kāi)挖具有預(yù)定深度的測(cè)量井；

在該測(cè)量井中布置檢測(cè)管以在該測(cè)量井的底部形成集氣室，其中，該檢測(cè)管底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有密封隔板，所述檢測(cè)管的管壁與所述密封隔板和所述井底土層形成所述集氣室；以及

原位檢測(cè)所述集氣室中的待測(cè)氣體的參數(shù)數(shù)據(jù)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的氣體通量的原位箱法測(cè)定方法流程圖。如圖2所示，本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種氣體通量的原位箱法測(cè)定方法，包括：S100，開(kāi)挖(或鉆)具有預(yù)定深度的測(cè)量井；S102，在該測(cè)量井中布置檢測(cè)管以在該測(cè)量井的底部形成集氣室，其中，該檢測(cè)管底部的開(kāi)口與所述測(cè)量井井底土層接觸，該檢測(cè)管內(nèi)鄰近所述開(kāi)口位置具有密封隔板，所述檢測(cè)管的管壁與所述密封隔板和所述井底土層形成所述集氣室；S104，原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體濃度數(shù)據(jù)；以及S106，根據(jù)不同時(shí)間檢測(cè)到的所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體濃度數(shù)據(jù)計(jì)算所述測(cè)量井的底部的待測(cè)氣體通量。

上述方法可以通過(guò)使用說(shuō)明書中上述描述的氣體通量的原位箱法測(cè)定裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)施方式中，本發(fā)明實(shí)施方式提供的測(cè)定方法還可以包括：在檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體濃度數(shù)據(jù)之前，對(duì)所述集氣室中的氣體進(jìn)行除濕干燥。

在實(shí)施方式中，本發(fā)明實(shí)施方式提供的測(cè)定方法還可以包括：當(dāng)所檢測(cè) 到的壓力超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，釋放所述集氣室中的氣體；以及當(dāng)釋放后所述集氣室中的氣體的壓力恒定不變時(shí)停止釋放，然后繼續(xù)原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和二氧化碳濃度數(shù)據(jù)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)所檢測(cè)到的壓力、溫度和濕度中的至少一者超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，釋放所述集氣室中的氣體；以及當(dāng)釋放后所述集氣室中的氣體的壓力、溫度和濕度恒定不變時(shí)停止釋放，然后繼續(xù)原位檢測(cè)所述集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體濃度數(shù)據(jù)

出于檢測(cè)結(jié)果校驗(yàn)等目的，在實(shí)施方式中，還可以分別在地面和地下原位檢測(cè)集氣室中的氣體的溫度、壓力和待測(cè)氣體濃度數(shù)據(jù)；以及然后比對(duì)地面和地下的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

地下的工作環(huán)境和地面上的工作環(huán)境有很大的差別，而測(cè)試儀器和設(shè)備等均有其特定的工作條件，例如當(dāng)溫度或濕度過(guò)低或過(guò)高時(shí)，某些設(shè)備將無(wú)法正常啟動(dòng)或準(zhǔn)確完成測(cè)定工作，而圖3所示的實(shí)施方式正是為了解決這個(gè)問(wèn)題，保證各個(gè)儀器或設(shè)備在地下也能正常工作。

以下結(jié)合圖3對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式提供的測(cè)定裝置的示例性結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在對(duì)圖3所示的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，與圖1所示的實(shí)施方式中包含的相同部分可能被略去。如圖3所示，檢測(cè)管1內(nèi)在第一密封隔板2遠(yuǎn)離檢測(cè)管1開(kāi)口的一側(cè)還具有第二密封隔板18，所述第二密封隔板18與所述第一密封隔板2以及所述檢測(cè)管1的內(nèi)壁圍成閉合空間，溫濕度傳感器3、壓力傳感器4、氣體濃度分析儀6以及除濕器7處于該閉合空間中。實(shí)施方式中，通過(guò)第二密封隔板18在井下形成兩個(gè)密封空間，即第二密封隔板18到地面，以及第二密封隔板18和第一密封隔板2之間。第二密封隔板18和第一密封隔板2的設(shè)置使得位于其間的各類設(shè)備和儀器受到基本的防護(hù)，避免出現(xiàn)例如滲水、微生物侵入、濕度過(guò)大等影響設(shè)備或儀器正常工作的情形出現(xiàn)。

通風(fēng)管11貫穿第二密封隔板18，使閉合空間與地表導(dǎo)通。利用通風(fēng)管11，可以從設(shè)置在地面的控制箱向閉合空間輸送來(lái)干燥的潔凈空氣，反過(guò)來(lái)輸送來(lái)的空氣還可以帶走閉合空間中的熱量和濕氣，沿測(cè)量井井管帶到地面釋放，避免氣體濃度分析儀6出現(xiàn)過(guò)熱的情況。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，在置于地下10m時(shí)，可不設(shè)置通風(fēng)管11而保證儀器和設(shè)備正常工作。

由于井下存在滲水的可能，于本實(shí)施例中，還設(shè)置有潛水泵12，其設(shè)置在集氣室中，同時(shí)集氣室中還可以設(shè)置積水檢測(cè)變送器13(例如，積水探測(cè)器)。積水檢測(cè)變送器13可以對(duì)所述集氣室中的積水水位進(jìn)行檢測(cè)，潛水泵12則可以在集氣室中存在積水且水位達(dá)到預(yù)定高度時(shí)開(kāi)啟以將積水排出集氣室，例如，通過(guò)水泵抽水管24排到地面。在實(shí)施方式中，可以通過(guò)積水檢測(cè)變送器13實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)，通過(guò)地面控制箱控制潛水泵12工作，當(dāng)積水檢測(cè)變送器13檢測(cè)到水位超過(guò)設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)潛水泵12，從而將集氣室中的積水通過(guò)抽水管23排到地表。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度分析儀6進(jìn)行標(biāo)定，在實(shí)施方式中設(shè)置了通過(guò)三通電磁閥22與氣體濃度分析儀6的進(jìn)氣端連接的標(biāo)氣進(jìn)管15?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置在地面的泵將標(biāo)氣打入標(biāo)氣進(jìn)管15進(jìn)行標(biāo)定，其中，泵可以由地面控制箱控制。

在實(shí)施方式中，三通電磁閥9的三端分別連接除濕器7的進(jìn)氣端、循環(huán)管路5以及地面測(cè)量采樣吸氣管19。其中，當(dāng)三通電磁閥9動(dòng)作使地面測(cè)量采樣吸氣管19與循環(huán)管路5連通時(shí)，集氣室中的氣體可以從地面測(cè)量采樣吸氣管19被送至地面，以實(shí)現(xiàn)地下氣體的地面測(cè)量。例如，將地面測(cè)量采樣吸氣管19與地面上的氣體濃度分析儀相連，進(jìn)行地面采樣吸入式測(cè)量。這樣不僅能夠通過(guò)地面測(cè)量和地下測(cè)量對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，也能夠在例如地下檢測(cè)設(shè)備故障時(shí)利用地面檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行不間斷檢測(cè)。例如，可以設(shè)定為井底的氣體濃度分析儀在非測(cè)量模式時(shí)，開(kāi)啟地面氣體濃度分析儀，并將二 者的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，達(dá)到校驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的目的。此外，地面測(cè)量采樣吸氣管19可以兼做放散用管，可以在進(jìn)行一次測(cè)量后通過(guò)地面測(cè)量采樣吸氣管19平衡地下溫度、壓力及濕度。

為保證效果，上述實(shí)施方式中采用的各管路的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)檢測(cè)深度進(jìn)行變化，即，不管在哪種深度進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)保證通風(fēng)管11、標(biāo)氣進(jìn)管15、水泵抽水管24、地面測(cè)量采樣吸氣管19均能夠通到地面。

檢測(cè)管1底部的開(kāi)口處可以設(shè)置有集氣隔板14。該集氣隔板14具有多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)的多個(gè)開(kāi)孔可供氣體通過(guò)以進(jìn)入所述集氣室，這樣既可以允許氣體(例如，二氧化碳)從開(kāi)口進(jìn)入集氣室，又能夠防止異物進(jìn)入集氣室。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，集氣隔板14具有從開(kāi)口向集氣室方向凹陷的形狀，例如，錐形。

為了保護(hù)檢測(cè)設(shè)備以及使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，在除濕器7的進(jìn)氣端的循環(huán)管路上還可以串聯(lián)有顆粒過(guò)濾器16，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體中微小顆粒的過(guò)濾。

在實(shí)施方式中，可以在檢測(cè)管1的內(nèi)部的適當(dāng)位置設(shè)置非密封安裝板10和17以安裝或設(shè)置上述檢測(cè)元件及管路。根據(jù)實(shí)際需要，這樣的非密封安裝板可以是多個(gè)。

在實(shí)施方式中，上述檢測(cè)元件、電磁閥以及泵的電源可以由地面的控制箱通過(guò)電源電纜提供。相應(yīng)地，檢測(cè)元件等產(chǎn)生的信號(hào)可以通過(guò)信號(hào)電纜傳送到地面的控制箱。為了保證檢測(cè)裝置能夠不間斷工作，可以在地面的控制箱中設(shè)置不間斷電源(UPS電源)以保證供電。

此外，需要說(shuō)明的是，圖3中出于說(shuō)明目的給出了設(shè)備詳細(xì)的組成。在圖3中通風(fēng)管11、潛水泵12、積水檢測(cè)變送器13、集氣隔板14、顆粒過(guò)濾器16等可以為選擇性設(shè)計(jì)，可根據(jù)具體的適用環(huán)境來(lái)設(shè)置，例如當(dāng)將測(cè)定裝置置于地下2000m時(shí)，必須設(shè)置通風(fēng)管11來(lái)保證儀器能夠及時(shí)散熱；再如當(dāng)將測(cè)定裝置置于含水豐富的地下環(huán)境時(shí)，必須設(shè)置潛水泵12、積水檢測(cè) 變送器13來(lái)保證以及安全工作。

測(cè)定裝置可以具有多種工作模式，例如，測(cè)量模式、標(biāo)定模式以及休眠模式。各個(gè)工作模式下測(cè)定裝置中各個(gè)組件的動(dòng)作可能不同。通過(guò)表1對(duì)測(cè)定裝置中電磁閥的類型和功能進(jìn)行描述。

表1

測(cè)定裝置舉例的工作模式說(shuō)明(以對(duì)二氧化碳進(jìn)行檢測(cè)為例)：

1)測(cè)量模式。井底二氧化碳分析儀在滿足測(cè)量條件時(shí)開(kāi)機(jī)測(cè)量1次。測(cè)量條件可以有兩種，一種為集氣室內(nèi)的溫度、壓力及濕度恢復(fù)到原始狀態(tài)；另一種為定時(shí)開(kāi)機(jī)測(cè)量。定時(shí)測(cè)量時(shí)需要考慮集氣室內(nèi)壓力、溫度及濕度的恢復(fù)速度，定時(shí)的時(shí)長(zhǎng)要大于恢復(fù)的時(shí)間。每一次測(cè)量時(shí)二氧化碳分析儀開(kāi)始通電預(yù)熱，預(yù)熱預(yù)定的時(shí)間(例如3min)，然后啟動(dòng)氣泵進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量反應(yīng)時(shí)間(例如10s)之后讀數(shù)存儲(chǔ)，測(cè)量完成后將二氧化碳分析儀和氣泵斷電。

2)標(biāo)定模式。在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作進(jìn)入模式，將標(biāo)氣接好后手動(dòng)開(kāi)啟此模式，標(biāo)定好之后切出。標(biāo)定模式下，三通電磁閥22、23帶電開(kāi)啟，切換管路到連接標(biāo)氣的狀態(tài)(即在圖3中實(shí)現(xiàn)標(biāo)氣從標(biāo)氣進(jìn)管15通過(guò)二氧化碳分析儀6之后從除濕器7的通氣管排出到測(cè)量井井管的通路)，二氧化碳分析儀標(biāo)完后手動(dòng)將三通電磁閥22、23斷電，三通電磁閥22、23又回復(fù)到測(cè)量模式的管路連接狀態(tài)?；诖耍姶砰y22、23可以稱為標(biāo)定電磁閥， 且都為常閉點(diǎn)，不標(biāo)定時(shí)不耗電。

3)休眠保護(hù)模式。在UPS電源剩余電量到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可以關(guān)閉與外界的所有進(jìn)出口處的閥門，測(cè)量模式終止，系統(tǒng)可以利用剩余電量維持系統(tǒng)自身安全達(dá)24小時(shí)以上(同時(shí)，防止低溫凍壞，防止凝露的產(chǎn)生)，然后進(jìn)入休眠保護(hù)狀態(tài)。休眠保護(hù)模式可以手動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)入和解除。

通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方式提供的測(cè)定裝置和測(cè)定方法，可以監(jiān)測(cè)從地面直至地下超過(guò)一千多米深度處的待測(cè)氣體(例如，二氧化碳)的通量。集氣室內(nèi)有壓力溫度濕度監(jiān)測(cè)探頭，可方便地感知地層下的原始狀態(tài)和工作狀態(tài)，為裝置系統(tǒng)控制提供依據(jù)。以對(duì)二氧化碳測(cè)量為例，測(cè)定裝置中有除濕干燥器可以去除水汽的干擾，消除了濕度對(duì)紅外方法測(cè)量二氧化碳濃度的影響，測(cè)定精度高、重復(fù)性好。原位測(cè)量方法保證了測(cè)量完全在原始的溫度壓力濕度等條件下進(jìn)行，并采用高精度分析儀(誤差1ppm)進(jìn)行測(cè)量，所以對(duì)于一個(gè)微小的濃度變化系統(tǒng)都可以敏銳地感知到?？梢源蟠筇嵩鐚?duì)氣體泄漏的預(yù)報(bào)時(shí)間。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，將二氧化碳濃度分析儀換為一氧化碳、甲烷或其他氣體濃度分析儀以實(shí)現(xiàn)對(duì)一氧化碳濃度/通量、甲烷或其他氣體濃度/通量的測(cè)定。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。