不极化电极的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种不极化电极(Non-Polarized Electrode)，该不极化电极采用电子物理学的方法原理，以金属材料为导电电极，电极的表面涂覆导电微粒覆盖层，导电微粒覆盖层在与被测量物体接触后及会产生极化电位，存在于覆盖层内的导电微粒以相互接触的导电方式产生放电作用，使得金属电极与被测量物体之间产生的极化电位被放电效应消除，达到金属电极保持不极化特性。该不极化电极由导线、金属电极、导电微粒涂覆层、工程塑料外壳组成。本实用新型公开的这种不极化电极制作简单，重量轻，在使用过程中不会产生化学反应，并且不会对大地土壤与环境造成污染。
【专利说明】不极化电极
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地球物理学领域中探测地电场信号的装置，尤其涉及大地电场信号测量的一种不极化电极。
【背景技术】
[0002]不极化电极(Non-Polarized Electrode)是一种特制的测量电位差的接地电极。不极化电极已大量应用于大地电场信号和地震信号的测量中，是电磁勘探与地震勘探中常用的设备。
[0003]长期以来，该领域勘探测量电极主要分为两类:金属电极、金属-金属盐溶液电极。金属电极由于其极化电位大，接收电场质量较差，不适合高精度的电场测量；金属-金属盐溶液电极，以离子导电的电化学方式，原理是将土壤与金属电极之间增加保持一定酸碱度的金属盐，通过配制金属盐浓度来控制金属极化电位，使金属极化电位降低并保持相对稳定，因此金属-金属盐电极在大地电场测量中得到了广泛应用。这类电化学方式的电极被俗称为“不极化电极”。从1937年的硫酸铜不极化电极发展到1980年的氯化铅不极化电极，再到近年来由液体氯化铅电极加入稠粘物质或黏土石膏类成为固体不极化电极。在目前的应用中，通常使用的“不极化电极”主要有铅-氯化铅(Pb-PbCl2)液体或固体电极、铜-硫酸铜电极(Cu-CuSO4)、以及银-氯化银(Ag-AgCl)电极。这些采用电化学方式的不极化电极都存在不足之处，硫酸铜不极化电极在使用之前需要配对，即挑选两个电极之间的电位差小的为一对电极。氯化铅不极化电极存放时必须保持潮湿，其极罐内部化学物质使用期限为1-2年。电极在接地使用时，氯化铅电极内有铅类化学物质渗漏出来流入地面，对环境有一定污染。氯化银电极容易产生氧化。在长周期测量中，电化学方式的不极化电极受接地温度、水份湿度、酸碱度影响较大，还会发生电极极差突变，影响测量结果。
实用新型内容
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型公开了采用电子物理学方法原理来测量大地电场信号的一种不极化电极，其包含:
[0005]盘状金属材料做为电极主体，电极表面涂覆导电微粒干性涂层，该涂层作为与被测量物体的测量接触面。导电微粒覆盖层在与被测量物体接触后及会产生极化电位，存在于覆盖层内的导电微粒以相互接触的导电方式产生放电作用，使得金属电极与被测量物体之间产生的极化电位被放电效应消除，达到金属电极保持不极化特性。
[0006]所述导电微粒为石墨烯、碳纳米管以及石墨中的一种或几种组成。
[0007]所述粘合剂为环氧树脂、RTV硅胶以及其他聚合物粘合剂中的一种或几种组成。
[0008]进一步地，所述导电微粒为片状或者粉末状，其尺寸大小为微米量级或纳米量级。
[0009]优选地，所述干性涂层的厚度为0.3mm?1.0mm。
[0010]整个所述不极化电极的结构如下:
[0011]底部具有开口并呈中空状的壳体；
[0012]安装于所述壳体底部的导电金属盘，其作为电极主体，所述金属盘的下底紧邻所述壳体底部的开口并刚好封住所述开口；
[0013]通过粘合剂与导电微粒混合并涂覆在所述导电金属盘下底表面形干性涂层；
[0014]连接所述导电金属盘的上底并沿所述壳体内部向上延伸至穿出所述壳体顶部的电极引线。
[0015]进一步地，还包含有一个位于所述壳体内部的绝缘支撑盘，所述支撑盘安装于所述导电金属盘上部，所述支撑盘中央开设有供所述电极引线穿出的小孔。
[0016]优选地，所述壳体呈倒置的漏斗形，具有一个呈圆柱形状的下端部、一个呈圆柱形状的上端部以及连接上、下两个端部之间的收敛部，其中，所述壳体的下端部圆直径大于上端部的圆直径。
[0017]进一步地，在所述壳体的上端部上还安装有用于保护所述壳体的圆形罩，在所述圆形罩中央位置还设有供所述电极引线穿出的圆孔。
[0018]优选地，在所述电极引线穿出所述圆形罩的圆孔处还设有密封防水耐拉部件。
[0019]与现有技术相比，本实用新型所提供的不极化电极，改变了传统的消弱电极的极化电位的电化学方式，而是采用了一种电子物理学的方式。这种电子物理学方式的不极化电极在工作时不含有化学反应，不会对土壤和环境带来污染，而且其制造简单，具有稳定性高、电极极差低、内阻低、重量轻等优点，适用于地球物理仪器的常规测量和长周期测量，使用和维护简单。该电极使用寿命是电化学方式电极的数倍。该电极可用普通水代替盐水浇灌电极埋坑，可实现代替目前市场上传统的不极化电极，有利于测量，有利于环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例所述电极外形结构的立体示意图；
[0021]图2是本实用新型实施例所述电极各零部件的展开示意图；
[0022]图3是本实用新型实施例所述电极的剖面主视图。
【具体实施方式】
[0023]以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称零部件，本领域技术人员应可理解，零部件制造厂家可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异作为区分的准则。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，所描述乃以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0024]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0025]参照附图1，本实用新型实施例所述的一种不极化电极10，具有一个呈倒置的漏斗形主壳体11，壳体内部为中空设计，所述壳体11主要由三部分组成，位于下部呈圆柱形状的下端部12、位于上部呈圆柱形状的上端部14，以及连接上下两个端部从下往上呈收敛状的收敛部13，其中，壳体11下端部的圆直径大于壳体上端部的圆直径，壳体11的高度可设为8-12厘米，优选为10厘米，壳体下端部12直径可设为6-12厘米，优选为10厘米，壳体上端部14的直径为4-6厘米，优选为5厘米。壳体11的底部有开口 15，参照附图2，开口完全敞开。壳体上端部12上还安装有与其结合的圆形罩16，可用于保护壳体，圆形罩16的中部位置设有供电极引线19穿出的圆孔，圆形罩16与壳体上端部12可通过粘合或螺纹的结合方式安装，优选为粘合方式。对于不同场地和测量需求，选择所述电极10的壳体11大小也可设置为不同，电极与大地接触的面积也可设置为不同。
[0026]其中，所述壳体11和圆形罩16采用完全防水且能够承受_25°C至60°C温度范围内的工程塑料材质制成，在不同天气变化的情况下，都能够满足其正常工作，优选采用ABS塑料，其防水性强，抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学腐蚀性优良。
[0027]需要说明的是，本实用新型实施例的壳体11形状设为截面呈圆形的倒置的漏斗形，是为了方便放置，在测量大地电场信号时，平稳可靠，但可以理解的是，该壳体11还可以设置为其它任一合适的形状，如方形，或截面为多角的形状等。
[0028]参照图2、图3所示，在所述壳体底部的开口 15上安装有对应的金属盘17，金属盘17的下底紧贴所述开口，也即与所述壳体底部的开口平齐，其大小与所述开口 15的大小相适宜，刚好封住所述开口 15，金属盘17采用高导电性材料制成，如铜，也可以采用铝、镍等金属导电材料。金属盘17上表面紧挨设置的为一支撑盘18，支撑盘18也位于壳体11内部，其采用绝缘的材质制成，中部开设有一小孔20，供电极引线19穿出，支撑盘18的大小与金属盘17的大小相同。
[0029]电极引线19，用于传导电极10的电位值，位于壳体11内部，引线19的下部通过支撑盘18上的小孔20连接到金属盘17的上表面21，引线19的上部通过圆形罩16上的圆孔穿出至壳体外部。在所述电极引线19穿出所述圆形罩16的圆孔处还设有密封防水耐拉部件22，其能够防止水分或其他杂质通过电极引线19渗透到壳体内部。
[0030]在金属盘17的下表面还涂覆有一层干性导电微粒涂层23，该干性导电微粒涂层23由粘合剂和导电微粒混合组成，导电微�？梢允俏⒚谆蚰擅壮叽绱笮〉钠椿蛘叻勰┳次镏嗜缡�、碳纳米管或石墨粉末颗粒等组成或混合组成，他们均具有高导电性，内阻低等优点，优选采用石墨烯微粒，其效果最佳。该导电微粒与粘合剂混合，粘合剂可以是环氧树脂、硅胶或其他高分子聚合物，优选采用环氧树脂。其中，导电微�：驼辰蛹粱旌虾蟮耐坎愫穸任�0.3?1.0mm之间，这样的厚度接收大地信号效果较好。采用高导电微粒与高分子聚合物混合后，涂覆在金属电极表面，在电极接触被测量物体(大地土壤)时，能够将金属电极的极化电位减小甚至消除。
[0031]在使用时，可将电极10放置在所选择勘探现场的地面，涂层23与地面接触，电极10放置于预先用水浇灌润湿的电极埋坑内，而不需要使用化学物质浇灌润湿。倒置的漏斗形壳体11具有相对较大的下端部12有利于电极10稳固地接触地面，通过涂层23内导电微粒之间的相互接触，使金属电极在接触土壤时产生放电效应，进而消除金属电极的极化电位。
[0032]该不极化电极采用电子物理学的方法原理，以金属材料为导电电极，电极的表面涂覆导电微粒覆盖层，导电微粒覆盖层在与被测量物体接触后及会产生极化电位，存在于覆盖层内的导电微粒以相互接触的导电方式产生放电作用，使得金属电极与被测量物体之间产生的极化电位被放电效应消除，达到金属电极保持不极化特性。
[0033]本实用新型所述的不极化电极使用过程中，无需维护并具有牢固可靠的结构，操作安全，易于使用，尤其是该不极化电极内不含化学液体，也不产生化学反应，使用中无化学品渗漏与污染问题，有利于环保。
[0034] 值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关【技术领域】均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种不极化电极，其特征在于包含: 底部具有开口并呈中空状的壳体； 安装于所述壳体底部并作为电极主体的导电金属盘，所述金属盘的下底面与所述壳体底部的开口平齐并封住壳体底部； 采用粘合剂与导电微粒混合并涂覆在所述导电金属盘下底表面形成干性涂层，所述涂层与被测量物体接触； 连接所述导电金属盘的上底并沿所述壳体内部向上延伸至穿出所述壳体顶部的电极引线。
2.如权利要求1所述的不极化电极，其特征在于，所述导电微粒为石墨烯、碳纳米管以及石墨中的一种或几种组成。
3.如权利要求1所述的不极化电极，其特征在于，所述粘合剂为环氧树脂、RTV硅胶以及其他高分子聚合物中的一种或几种组成。
4.如权利要求2所述的不极化电极，其特征在于，所述导电微粒为片状或者粉末状，其尺寸大小为微米量级或纳米量级。
5.如权利要求1所述的不极化电极，其特征在于，所述干性涂层的厚度为0.3mm?1.0mm0
6.如权利要求1所述的不极化电极，其特征在于，还包含有一个位于所述壳体内部的绝缘支撑盘，所述支撑盘安装于所述导电金属盘上部，所述支撑盘中央开设有供所述电极引线穿出的小孔。
7.如权利要求1或6所述的不极化电极，其特征在于，所述壳体呈倒置的漏斗形，具有一个呈圆柱形状的下端部、一个呈圆柱形状的上端部以及连接上、下两个端部之间的收敛部，其中，所述壳体的下端部圆直径大于上端部的圆直径。
8.如权利要求7所述的不极化电极，其特征在于，在所述壳体的上端部上还安装有用于保护所述壳体的圆形罩，在所述圆形罩的中央位置还设有供所述电极引线穿出的圆孔。
9.如权利要求8所述的不极化电极，其特征在于，在所述电极引线穿出所述圆形罩圆孔处还设有密封防水耐拉部件。
【文档编号】G01V3/08GK204166145SQ201420683773
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】王中兴, 底青云, 吕毅 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所, 吕毅
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