专利名称：一种用来测量海底微弱电场信号的电极装置及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电化学技术领域和地球物理勘探领域，特别涉及一种用来测量海底微弱电场信号的电极装置及其制备方法，其适用于采集海底微弱电场信号。
背景技术：
采集到海底大地电磁信号，经过数据处理，可以揭示海底以下岩石介质的分布规律，了解地下复杂的地质情况，探测海底石油、天然气水合物和各种矿藏的储量及分布。然而，海底电场信号较陆地电场信号有所不同，具体表现在一、由于海水高导屏蔽作用对信号的衰减，使得海底电场信号与陆地相比极其微弱。据文献记载，在IOOOm深处，O. IHz附近的信号约10_18(V/m)2数量级。增加电极距可以提高信号幅度，但目前受科考船甲板面积和起吊设备的限制，IOm的电极距已是海上作业允许的最大跨度。所以，要想探测到微弱的电场信号，必须降低电极本身的噪声，来提高其弱信号分辨能力。二、海底电场信号以中、低频率的信号为主，所以采集时间相对较长。要想得到频率小于O. OOlHz且可靠的大地电磁响应,采集时间需超过10小时。由于海水氯离子浓度的变化以及环境条件的影响，电极间的电位差总是不断变化的。因此，只有减小电极的电位漂移量，才能保证测量的稳定性。三、根据电化学理论，非同相介质相互接触会发生化学反应，其反应强度与溶液浓度、环境温度、光照强度、介质相对运动速度等因素有关，电极与海水接触必然会刳起电化学噪声。与陆地相比，海底有其特殊的噪声源如船舶干扰、声学噪声、海水运动产生的电磁感应噪声等。由于海底电场信号非常微弱，这就要求电极本身的噪声要非常的�。挪恢劣阡蚊挥杏玫男藕�。目前处于研究和试验中银/氯化银(Ag/AgCl)被选为海洋电极的基本材料，但是其常用电极为采用粉末压片法制作的固态银/氯化银电极，其方法是将电极原料银(Ag)和氯化银(AgCl)按照一定的比例混合，压制，烧结成型而制成，其随着海水的侵蚀而不断腐蚀而不能得到准确一致性的信号，从而使在不同时间段采集得到的信号准确性不一致。由此看来，要想准确的采集海底微弱电场信号，特别需要研制一种高灵敏度，高稳定性，低噪声的电极装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了用来测量海底微弱电场信号的电极装置及其制备方法，该电极装置具有更好的弱信号分辨能力，稳定性好，噪声低，能够准确测量海底微弱电场信号。依据本发明的第一方面，提供一种用来测量海底微弱电场信号的电极装置，其包括银/氯化银电极、电极保护罩、电极保护盖、信号传输接插件，其中，银/氯化银电极由银/ 氯化银电极片、微孔管、有机玻璃棒、氯化银粉末和硅藻土的混合物组成；有机玻璃棒固定在微孔管中心，防止银/氯化银电极片在微孔管内晃动；氯化银粉末和硅藻土按照一定体积比均匀混合，填充微孔管内部空隙；电极保护罩上部被设计为实现信号传输接插件与银 /氯化银电极的连接以及银/氯化银电极的密封；电极保护罩下部与电极保护盖被设计为表面多孔，其作用除了保护银/氯化银电极不易碰损外，主要是减缓海水与银/氯化银电极的相对运动；信号传输接插件用O型圈与电极保护罩顶端密封；电极保护盖固定于电极保护罩底部，得到完整用来测量海底微弱电场信号的电极装置。优选地，微孔管平均孔径为150 μ m。氯化银粉末和硅藻土按照体积比I : 2均匀混合。 优选地，银/氯化银电极通过银线与信号传输接插件弓I线连接；银/氯化银电极用环氧树脂密封；电极保护罩和电极保护盖为表面多孔的ABS材料。依据本发明的第二方面，提供制备用来测量海底微弱电场信号的电极装置的方法，其包括以下步骤(I)具有一定形状的银经过除杂后放入电解质溶液中进行阳极氧化，同样形状的银作阴极参与氧化还原反应，供入合适的电流，电解一段时间后，氯化银均匀覆盖在银表面，得到银/氯化银电极片；(2)银/氯化银电极片用蒸馏水冲洗干净后放入微孔管；(3)氯化银粉末和硅藻土按照一定的比例混合后，塞入微孔管内的空隙部分，用环氧树脂密封微孔管，得到银/氯化银电极；(4)银/氯化银电极放入电极保护罩内，并用环氧树脂密封；(5)用银线将银/氯化银电极与信号传输接插件引线连接；(6)信号传输接插件用O型圈与电极保护罩顶端密封；电极保护盖固定于电极保护罩底部，得到完整电极装置。优选地，电解过程中包括两个银片，分别为阴极银片和阳极银片；两个银片之间的距离为50mm ;阴极银片应垂直于阳极银片放置。进一步地，电解过程中，通入的电流密度为 lOmA/cm2 (毫安/平方厘米)，通入电流的时间为Imin (分钟)。更优选地，银片先用丙酮去除表面污垢，然后用30%的稀硝酸溶液浸蚀，最后用蒸馏水冲洗。本发明制备的银/氯化银电极片结构稳定，性能可靠。选择合适的电流密度、电解时间以及摆放位置，既保证了电解过程中氯化银能均匀分布在银表面，又不易脱落；反应过程不会引入其它杂质，降低了银/氯化银电极本身的噪声；同时采用电极保护罩和电极保护盖等保护措施，避免外界环境对银/氯化银电极装置产生较大的影响。本发明电极装置解决了目前海洋常用电极噪声大，极差不稳定的问题，具有更低的噪声，较好的弱信号分辨能力，稳定性好，能够准确测量海底微弱电场信号，目前应用于海底大地电磁探测技术领域。
图I是电解原理示意图；图2是电解过程中银片位置示意图；图3是本发明银/氯化银电极结构图4是本发明电极装置结构图；图5是本发明电极保护罩和电极保护盖结构图；图6是信号传输接插件示意图；图7是电极装置稳定性测试装置示意图；图8是电极装置噪声测试装置示意图；图9是本发明电极装置的稳定性测试结果；图10是本发明电极装置的噪声测试结果。
具体实施例方式以下结合附图来详细说明本发明的用来测量海底微弱电场信号的电极装置及其制备方法，下面仅仅作为示例来说明，本领域技术人员清楚地知晓，只要符合本发明思想的方法及系统均落入本发明之中；另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至用来测量海底微弱电场信号的电极装置的具体结构或部件的具体参数。根据研究表明，首先，Ag/AgCl电极在海水中存在两个相界面(AglAgCl !CD，电极表面的Ag和AgCl分别作为阳极和阴极参与反应并趋于平衡，电极反应表示为
权利要求
1.一种用来测量海底微弱电场信号的电极装置，其包括银/氯化银电极、电极保护罩、 电极保护盖、信号传输接插件，其中，银/氯化银电极(Ag/AgCl电极)由银/氯化银电极片、微孔管、有机玻璃棒、氯化银 (AgCl)粉末和硅藻土的混合物组成；有机玻璃棒固定在微孔管中心，防止银/氯化银电极片在微孔管内晃动；氯化银粉末和硅藻土按照一定体积比均匀混合，填充微孔管内部空电极保护罩上部被设计为实现信号传输接插件与银/氯化银电极的连接以及银/氯化银电极的密封；电极保护罩下部与电极保护盖被设计为表面多孔；电极保护罩的作用除了保护银/氯化银电极不易碰损外，还具有减缓海水与银/氯化银电极的相对运动的作用；信号传输接插件用O型圈与电极保护罩顶端密封；电极保护盖固定于电极保护罩底部。
2.根据权利要求I所述的电极装置，其特征在于微孔管平均孔径为150μ m。
3.根据权利要求I所述的电极装置，其特征在于氯化银粉末和硅藻土按照体积比 I 2均匀混合。
4.根据权利要求I所述的电极装置，其特征在于银/氯化银电极通过银线与信号传输接插件引线连接；银/氯化银电极用环氧树脂密封；电极保护罩和电极保护盖为表面多孔的ABS材料。
5.一种制备如上述权利要求1-4所述的用来测量海底微弱电场信号的电极装置的方法，其包括以下步骤(1)一定形状的银(Ag)经过除杂后放入电解质溶液中进行阳极氧化，同样形状的银作阴极参与氧化还原反应，供入合适的电流，电解一段时间后，氯化银均匀覆盖在银表面，得到银/氯化银电极片；(2)银/氯化银电极片用蒸馏水冲洗干净后放入微孔管；(3)氯化银粉末和硅藻土按照一定的体积比例混合后，塞入微孔管内的空隙部分，用环氧树脂密封微孔管，得到银/氯化银电极；(4)银/氯化银电极放入电极保护罩内，并用环氧树脂密封；(5)用银线将银/氯化银电极与信号传输接插件引线连接；(6)信号传输接插件用O型圈与电极保护罩顶端密封；电极保护盖固定于电极保护罩底部，得到用来测量海底微弱电场信号的完整电极装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于电解过程中包括两个银片，分别为阴极银片和阳极银片；两个银片之间的距离为50mm ;阴极银片应垂直于阳极银片放置。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于电解过程中，通入的电流密度为IOmA/ cm2,通入电流的时间为Imin。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于银片先用丙酮去除表面污垢，然后用30% 的稀硝酸溶液浸蚀，最后用蒸馏水冲洗。
全文摘要
一种用来测量海底微弱电场信号的电极装置及其制备方法，该电极装置包括银/氯化银电极、电极保护罩、电极保护盖、信号传输接插件，其中银/氯化银电极由银/氯化银电极片、微孔管、有机玻璃棒、氯化银粉末和硅藻土的混合物组成；电极保护罩和电极保护盖采用ABS材料；电极保护罩上部设计是实现信号传输接插件与银/氯化银电极的连接以及银/氯化银电极的密封；电极保护罩下部与电极保护盖设计为表面多孔；信号传输接插件用O型圈与电极保护罩顶端密封；电极保护盖固定于电极保护罩底部。本发明电极装置具有更低的噪声，较好的弱信号分辨能力，稳定性好，能够准确测量海底微弱电场信号。
文档编号G01V3/08GK102608661SQ20121005540
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者张启升, 成天, 王振东, 王猛, 邓明, 陈凯, 魏文博, 黄江杰 申请人:中国地质大学(北京)
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