專利名稱：環(huán)陣列組合固體不極化電極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于地球物理勘探的電場傳感器，尤其環(huán)陣列組合固體不極化電 極。
背景技術：
現(xiàn)有的電場傳感器電極一般包括以下兩種電極金屬電極和不極化電極。金屬電 極直接以金屬接觸大地接收電場信號，電極上產(chǎn)生的極化電位主要與周圍環(huán)境溫度、濕度 和濃度等參數(shù)有關，由于金屬直接接觸大地，電極極化電位對這些參數(shù)的變化非常敏感，造 成金屬電極的不穩(wěn)定性，不適用于微弱或長期信號的采集。但由于采用比較堅硬的金屬如 銅、鐵、鉛等材料，野外施工方便，直接錘擊即可，另外，該類電極不易受損也不需維護。不 極化電極顧名思義是指該類電極極化電位不易受周圍環(huán)境的影響。具體的方法是把金屬 電極置于相應的液體電解質中，由于液體電解質相對穩(wěn)定，從而減少或避免了電極的不穩(wěn) 定性。但是液體電解質的存在導致施工時需小心維護，勘測前需挖坑埋設，另外，電解質的 穩(wěn)定決定電極的穩(wěn)定，因此不使用時電解質需浸泡，使用一段時間后隨著電解質的滲透需 重新填充，綜上所述該類電極增加了施工和維護難度，降低了施工效率提高了維護成本。 CN200620146892. 7公開了一種“固體不極化電極”，由電極輸出線、熱縮套管、鉛棒及PVC管 體組成，所述PVC管體上端設一蓋帽，蓋帽上穿過一電極輸出線并接入PVC管體中，電極輸 出線的下端連接一鉛棒，電極輸出線外部套裝一熱縮套管，電極輸出線與鉛棒的連接處套 裝一熱縮絕緣管；所述PVC管體中裝有固體狀電解質，PVC管體下部設一內(nèi)塞，內(nèi)塞中部留 一通道，內(nèi)塞下端設一外塞，內(nèi)塞和外塞之間留有空隙。采用固體電解質代替原有的液體電 解質，在保證測量精度的同時降低了維護成本，提高了使用壽命并且攜帶較方便；但是和液 體不極化電極一樣存在施工不便的問題，該類電極同樣需要挖坑埋設。CN200420012688. 7 公開了一種“桿狀不極化電極”，骨架的下部外側固定粘接固體不極化電極體，測量電極一 端固結在該固體不極化電極體中。使用時電極下部的固體不極化電極體能與大地更為密切 地接觸。該電極采用金屬鐵棒作為骨架，在骨架的下部外側粘貼固體不極化電極，使用時固 體不極化電極的下部與大地接觸，從而提高施工效率與測量精度。該電極在一定程度上改 善了原有電極存在的缺陷，但為了真正保證電極與大地緊密接觸，施工前需要先對地面環(huán) 境進行處理，如除草和雜亂碎石等，另外雖然采用了固體不極化電極，但測量電極的無法抱 著被周圍電解質均勻包裹，在一定程度上影響電極的精度和使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種環(huán)陣列組合固體不極化電 極。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的環(huán)陣列組合固體不極化電極是由4、6或8個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定 板9，通過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中部裝有轉換電路7，轉換電路7的Ui1 Ui2……UiN與電極針6 —一對應，即固體不極化電極設幾個電極針6，轉換電路7就設幾個Ui1Ui2……UiN連接口，分別通過導線連接，轉換電路 7通過電極信號引出線8與電法儀連接構成。本發(fā)明的目的還可以通過以下技術方案實現(xiàn)固體不極化電極是由電極針6的“啞鈴”形主支架1中部凹槽段通過電解的方法 鍍Pb或Cu形成測量電極10，測量電極10的外部涂敷固體電解質2構成?！皢♀彙毙沃髦Ъ?的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接線3設在 連接螺紋4下端，電極針信號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極10連接。固體電解質2是由PbCl或CuSO4按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶 液中，攪拌均勻后敷在測量電極10的外部，與“ 鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后 修整光滑。有益效果把固體不極化電極與金屬棒相結合制成電極針，測量精度高，容易打入 土層，施工效率高。尤其是采用環(huán)陣列電極針結構，一方面，電極針保證電極側面與周圍大 地緊密耦合；另一方面，陣列結構提高了電極電場信號幅度，改善了信噪比，從而實現(xiàn)了高 精度電場測量的性能。該電極野外施工方便，用捶擊打入，維護簡單，便于檢測，制作工藝簡 單，成本低廉。
附圖1 環(huán)陣列組合固體不極化電極結構圖附圖2 附圖1中電極針6的結構圖附圖3:附圖2中電極針6的A-A'剖面結構圖附圖4 環(huán)陣列組合固體不極化電極轉換電路7多路同相加法電路圖1 “啞鈴”形主支架，2固體不極化電極，3電極針信號連線，4連接螺紋，5陣列組合 電極蓋，6電極針，7轉換電路，8電極信號引出線，9固定板，10測量電極。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例作進一步的詳細說明本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的環(huán)陣列組合固體不極化電極是由4、6或8個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定 板9，通過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中 部裝有轉換電路7，轉換電路7的Ui1 Ui2……UiN與電極針6 —一對應，即固體不極化電極 設幾個電極針6，轉換電路7就設幾個Ui1Ui2……UiN連接口，分別通過導線連接，轉換電路 7通過電極信號引出線8與電法儀連接構成。固體不極化電極是由電極針6的“ 鈴”形主 支架1中部凹槽段通過電解的方法鍍Pb或Cu形成測量電極10，測量電極10的外部涂敷固 體電解質2構成?！皢♀彙毙沃髦Ъ?的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接 線3設在連接螺紋4下端，電極針信號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極 10連接。固體電解質2是由PbCl或CuSO4按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶 液中，攪拌均勻后敷在測量電極10的外部，與“ 鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后 修整光滑。
環(huán)陣列組合固體不極化電極是由4、6或8個等角度環(huán)形分布的電極針6以環(huán)陣列 的形式排列，與陣列組合電極蓋5螺紋連接，通過轉換電路7把4、6或8個電場信號進行疊 加壓噪轉換為一個信號，然后從電極信號引出線8輸出，固定板9位于電極針的上部靠近陣 列組合電極蓋5。電極針6是由“啞鈴”形主支架1，固體不極化電極2，電極針信號連線3 和連接螺紋4組成。固體不極化電極2置于“啞鈴”形主支架1的空凹處，以環(huán)形包裹“啞 鈴”形主支架1，并與“啞鈴”形主支架1緊密粘貼構成一光滑的直棒，下端為錐形，形成電 極針結構，方便野外錘擊施工，固體不極化電極2的外側深入地下與大地緊密接觸，提高穩(wěn) 定性。電極針的直徑1. 5cm左右，長度20cm左右；凹槽部分直徑Icm左右，長度IOcm左右。 電極針個數(shù)4、6或8個。電極針6通過連接螺紋4與電極蓋5相連，拆卸方便，便于搬運和 電極維護。通過電極蓋5的孔隙電極針信號連線3與轉 換模塊7相接，轉換模塊7采用同 相加法電路，轉換模塊7的存在減少了電極和接收機之間的連線，從而減少接收機內(nèi)部的 信道數(shù)，降低開發(fā)成本，采用同相的目的是提高輸入阻抗，圖4加法器的原理是
<formula>formula see original document page 5</formula>最后實現(xiàn)了同相相加的目的。把η個電極針信號進行疊加提高信號幅度便于后續(xù)接收采集，最后在接收機或者 上層進行平均以達到壓制白噪聲的目的，從而提高信噪比，原理如下假設有用信號fs(t) 與噪聲信號N (t)，則
<formula>formula see original document page 5</formula>如果以tk為起點，每隔T的時間對某一特定點取一次樣，則第i次的樣品應為
<formula>formula see original document page 5</formula>對于周期信號而言，可以認為
<formula>formula see original document page 5</formula>而
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設每次取樣噪聲電平的有效平均值為々(G )則<formula>formula see original document page 5</formula>因此，經(jīng)過累加后的信噪比為<formula>formula see original document page 6</formula>經(jīng)過η次累加后信噪比改善為
<formula>formula see original document page 6</formula>經(jīng)過η次取樣后，取得了倍的信噪比改善。實施例1 環(huán)陣列組合固體不極化電極是由4個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定板9，通 過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中部裝有 轉換電路7，轉換電路7的Ui1 Ui2……Ui4與電極針6 —一對應，即固體不極化電極設4個 電極針6，轉換電路7就設4個Ui1 Ui2……Ui4連接口，分別通過導線連接，轉換電路7通過 電極信號引出線8與電法儀連接。固體不極化電極是由電極針6的“ 鈴”形主支架1中部 凹槽段通過電解的方法鍍有Pb的測量電極10，測量電極10的外部涂敷固體電解質2?！? 鈴”形主支架1的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接線3設在連接螺紋4 下端，電極針信號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極10連接。固體電解 質2是由PbCl按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶液中，攪拌均勻后敷在測量電 極10的外部，與“啞鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后修整光滑。實施例2環(huán)陣列組合固體不極化電極是由6個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定板9，通 過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中部裝有 轉換電路7，轉換電路7的Ui1 Ui2……Ui6與電極針6 —一對應，即固體不極化電極設6個 電極針6，轉換電路7就設6個Ui1 Ui2……Ui6連接口，分別通過導線連接，轉換電路7通過 電極信號引出線8與電法儀連接。固體不極化電極是由電極針6的“ 鈴”形主支架1中部 凹槽段通過電解的方法鍍有Cu的測量電極10，測量電極10的外部涂敷固體電解質2。“ 鈴”形主支架1的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接線3設在連接螺紋4下 端，電極針信號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極10連接。固體電解質 2是由CuSO4按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶液中，攪拌均勻后敷在測量電極 10的外部，與“啞鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后修整光滑。實施例3環(huán)陣列組合固體不極化電極是由8個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定板9，通 過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中部裝有 轉換電路7，轉換電路7的Ui1 Ui2……Ui8與電極針6 —一對應，即固體不極化電極設8個 電極針6，轉換電路7就設Ui1 Ui2……Ui8連接口，分別通過導線連接，轉換電路7通過電極 信號引出線8與電法儀連接。固體不極化電極是由電極針6的“現(xiàn)鈴”形主支架1中部凹槽 段通過電解的方法鍍有Cu的測量電極10，測量電極10的外部涂敷固體電解質2?！?鈴” 形主支架1的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接線3設在連接螺紋4下端， 電極針信號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極10連接。固體電解質2是由CuSO4按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶液中，攪拌均勻后敷在測量電極10 的外部，與“啞鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后修整光滑。
權利要求
一種環(huán)陣列組合固體不極化電極，其特征在于，是由4、6或8個等角度環(huán)形分布的電極針6穿過固定板9，通過電極針6上端的連接螺紋4與陣列組合電極蓋5連接，在陣列組合電極蓋5的中部裝有轉換電路7，轉換電路7的Ui1Ui2……UiN與電極針6一一對應，即固體不極化電極設幾個電極針6，轉換電路7就設幾個Ui1 Ui2……UiN連接口，分別通過導線連接，轉換電路7通過電極信號引出線8與電法儀連接構成。
2 .按照權利要求1所述的環(huán)陣列組合固體不極化電極，其特征在于，固體不極化電極 是由電極針6的“啞鈴”形主支架1中部凹槽段通過電解的方法鍍Pb或Cu形成測量電極 10，測量電極10的外部涂敷固體電解質2構成。
3.按照權利要求2所述的環(huán)陣列組合固體不極化電極，其特征在于，“啞鈴”形主支架 1的上端設有連接螺紋4，底端為錐形，電極針信號連接線3設在連接螺紋4下端，電極針信 號連接線3的上端與轉換電路7連接，下端與測量電極10連接。
4.按照權利要求2所述的環(huán)陣列組合固體不極化電極，其特征在于，固體電解質2是由 PbCl或CuSO4按體積1 8的比例分散于聚乙烯醇縮丁醛溶液中，攪拌均勻后敷在測量電 極10的外部，與“啞鈴”形主支架1構成圓柱體，自然干燥后修整光滑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)陣列組合固體不極化電極。是由n個等角度環(huán)形分布的電極針穿過固定板與陣列組合電極蓋連接，在陣列組合電極蓋的中部裝有轉換電路，轉換電路通過電極信號引出線與電法儀連接，固體不極化電極是由電極針的“啞鈴”形主支架中部凹槽段鍍有金屬的測量電極和外部涂敷固體電解質構成。把固體不極化電極與金屬棒相結合制成電極針，測量精度高，施工效率高。尤其是采用環(huán)陣列電極針結構，電極針保證電極側面與周圍大地緊密耦合，陣列結構提高了電極電場信號幅度，改善了信噪比，從而實現(xiàn)了高精度電場測量的性能。該電極野外施工方便，用捶擊打入，維護簡單，便于檢測，制作工藝簡單，成本低廉。
文檔編號G01R29/12GK101819281SQ201010163540
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權日2010年5月6日
發(fā)明者劉長勝, 周逢道, 張文秀, 林君, 王艷, 陳健 申請人:吉林大學