地震前兆现场汞气检测系统及其汞气检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种地震前兆现场汞气检测系统及其汞气检测方法。汞气检测系统中的汞气检测装置包括设有气流通道及进气口和出气口的容器，气流通道中安装有汞检测传感器，汞检测传感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面有铬膜层，铬膜层上覆盖有金膜层，金膜层朝向气流通道，金膜层的左端和右端各有一个金焊盘，金焊盘和一检测电路相连。汞气检测方法为，带有汞气的样品气体流入汞气检测装置的进气口，流经气流通道，汞气被汞检测传感器的金膜层吸收，金膜层的电阻变化信号输送给检测电路，经检测电路处理，获得样品气体的汞气含量值。本发明不易受到干扰，测试结果可靠，测汞灵敏度高，比现有方法提高两个数量级，满足地震监测的需要。
【专利说明】地震前兆现场汞气检测系统及其汞气检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汞检测装置，尤其涉及一种灵敏度高、测试结果可靠的地震前兆现场汞气检测系统及其汞气检测方法。
【背景技术】
[0002]在热泉、断裂带或构造带(破碎带)，与地震活动有关的深部断裂带上都发现存在有汞气；地下核爆破及水压致裂试验表明，岩层瞬时加压和持续加压的过程中汞量变化最为明显、清晰。这些现象都说明，汞气浓度的增高与地震活动有关。
[0003]汞具有很高的蒸气压。在深部条件下生成的汞蒸气，在强大的压力梯度和热力梯度作用下，其迁移沿断裂破碎带、断层面和开启的岩石孔隙向地表扩散。构造活动伴有应力及热力作用，使围岩受到强压、扭和错动摩檫，在此过程中与所接触的介质相互作用。定点或定期测量各种介质中汞量变化可了解构造的活动性，捕捉地震前兆信息，为地震预报提供依据。
[0004]正是由于汞具有特殊的物理化学性质，特别是汞的挥发性、穿透性及对温度、压力变化的敏感性，决定了汞对地震反应的灵敏性。
[0005]汞量测量方法目前使用冷原子吸收技术为基础进行汞量测量。汞气检测装置包括汞灯、单色器、吸收管、石英透镜和光电倍增管。汞灯产生2537人汞特征光，通过2537A单色器滤光，再通过吸收管，在可透过紫外线的石英透镜聚焦下，把特征光投射在光电倍增的光敏阴极上，当气态汞原子在此环境中对特征光进行吸收时，射在光敏阴极上的特征光发生微弱变化，光电倍增管把这一变化进行放大并转换成电量输出，实现化学量到电量的转换，完成汞浓度的测量。其基本原理是:任何一种元素的基态原子对同种元素发射的特征谱线具有选择吸收特性，即:`汞灯发射的2537A特征光会被被测气体中的汞原子选择性吸收，且在一定浓度范围内透射光强度和基态原子浓度成正比，根据其吸光度，可以确定被测样品的汞浓度。这一关系服从朗伯-比尔定律。
[0006]但这种汞气检测装置及检测方法，存在以下不足:1.灵敏度较低，测量汞气的检出限为IX 10_ng汞，而地震前兆现场产生的汞气浓度远远低于这个检测限，因此，不能满足地震监测的需要；2.功耗大、重量和体积都比较大，不适合野外现场测定；3.水蒸汽、烟尘和有机气体对测定都会造成干扰；4.结构复杂，成本较高，不利于推广使用。
【发明内容】
[0007]本发明主要解决原有汞气检测装置及检测方法灵敏度较低，测量汞气的检出限为I X 10_ng汞，不能满足地震监测的需要的技术问题；提供一种地震前兆现场汞气检测系统及其汞气检测方法，其测汞灵敏度高，比现有方法提高两个数量级，满足地震监测的需要。
[0008]本发明同时解决原有汞气检测装置结构复杂，成本较高，还易受干扰的技术问题；提供一种地震前兆现场汞气检测系统，其结构简单，成本较低，不易受到干扰，测试结果可
O[0009]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明的地震前兆现场汞气检测系统，包括汞气检测装置和检测电路，汞气检测装置包括设有气流通道及与气流通道连通的进气口和出气口的容器，气流通道中设有汞检测传感器，所述的汞检测传感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面设有一层铬膜层，铬膜层上覆盖有一层金膜层，金膜层朝向所述的气流通道，金膜层的左端和右端各有一个金焊盘，金焊盘和所述的检测电路相连。铬膜层、金膜层都是很薄的一层薄膜，金焊盘也很薄，都只有几百埃，都是在真空镀膜装置中用电子束蒸发源镀上的。地震前兆现场产生的气体(如断层气或冷泉、温泉水中脱出的气体)中带有汞气，带有汞气的样品气体进入汞气检测装置的进气口，流过气流通道，被金膜层的高纯金吸收。而当纯金中掺入杂质的时候，杂质原子代替原来金原子在晶格中的位置，或填入金原子晶格间隙，引起对电子的附加散射作用，从而产生附加电阻率，表现为电阻增大。在很薄(只有几百埃)的金膜层表面，吸附样品气体中的汞气以后，金膜层的电阻值就明显地增高，而且在10_13?10_7量级汞含量的范围内，金膜层的阻值变化与吸附汞量呈线性关系，因此，通过检测电路测量金膜层电阻的变化，就可以测定样品气体中汞气的含量。通过现场测得的汞气多少，可判断是否会有地震发生。本技术方案测汞灵敏度高，比现有方法提高两个数量级，达到1X10_13克汞，满足地震监测的需要。
[0010]作为优选，所述的汞检测传感器的微晶玻璃基片的背面设有一层镍铬膜层，镍铬膜层的左端和右端各有一个金焊盘，金焊盘连接一通电加热电路。本技术方案中的镍铬膜层及与之相连的金焊盘，都是一层薄膜，也是在真空镀膜装置中用电子束蒸发源镀上的，厚度都只有几百埃。当汞检测传感器的金膜层上吸附住的汞到达饱和时，接通通电加热电路，对镍铬膜层进行通电加热，使吸附在金膜层上的汞得以释放，从而使汞检测传感器的金膜层回到初始状态，获得再生，以便进行下一次的汞检测。
[0011]作为优选，所述的气流通道中设有汞参比传感器，汞参比传感器和所述的汞检测传感器面对面安装在所述的气流通道的顶面和底面，汞参比传感器和所述的检测电路相连。汞参比传感器能感受流过气流通道的样品气体的温度，并输出相应信号给检测电路，以对由汞检测传感器获得的汞含量进行温度补偿，并减少样品气体中水蒸汽对汞测量结果的干扰，进一步确保汞测量结果可靠。
[0012]作为优选，所述的汞参比传感器包括一微晶玻璃基片，微晶玻璃基片的正面设有一层铬膜层，铬膜层上覆盖有一层金膜层，金膜层的左端和右端各有一个金焊盘，金膜层和金焊盘上覆盖有一层一氧化硅薄膜层，金焊盘和所述的检测电路相连。本技术方案中的铬膜层、金膜层、金焊盘和一氧化硅薄膜层，都是很薄的一层薄膜，都只有几百埃，也是在真空镀膜装置中用电子束蒸发源镀上的。一氧化硅薄膜层起到隔离作用，使金膜层无法吸附样品气体中的汞气，但是能感受样品气体的温度变化，这种变化转换成电信号输送给检测电路，以对由汞检测传感器获得的汞含量进行温度补偿，并减少样品气体中水蒸汽对汞测量结果的干扰，进一步确保汞测量结果的可靠性。
[0013]作为优选，所述的检测电路包括电阻R1、电阻R2、放大器、单片机单元和显示单元，所述的汞检测传感器的一端及所述的汞参比传感器的一端均和直流电压V的正极相连，汞检测传感器的另一端和电阻Rl的一端相连，汞参比传感器的另一端和电阻R2的一端相连，电阻Rl的另一端及电阻R2的另一端均和直流电压V的负极相连，电阻Rl与汞检测传感器的并接点及电阻R2与汞参比传感器的并接点分别和所述的放大器的两个输入端相连，放大器的输出端和单片机单元的输入端相连，单片机单元的输出端和所述的显示单元相连。电阻R1、电阻R2和汞检测传感器、汞参比传感器组成电桥电路，样品气体的温度变化通过这个电桥电路可以得到补偿，消除了温度变化对汞测量结果的影响。放大器为交流放大器，它将汞检测传感器感应到的汞气浓度所产生的微弱信号加以放大，并送给单片机单元处理，最后由显示单元显示出所测得的汞含量。
[0014]作为优选，所述的地震前兆现场汞气检测系统包括净化器、采样装置和抽气泵，净化器的进口接空气载气，净化器的出口和采样装置的出口连通并和所述的汞气检测装置的进气口相连，所述的抽气泵的进口和所述的汞气检测装置的出气口相连。净化器与大气连通，将空气载气中的干扰气体滤除，输出载气，采样装置采集地震前兆现场的气体，精确定量后，在净化器提供的载气的推动下，样品气体被送入汞气检测装置的进气口，样品气体中的汞气被汞检测传感器吸附，样品气体中的其余气体在抽气汞的作用下从汞气检测装置的出气口排出，并经抽气泵排到环境中。使样品气体能顺利流入汞气检测装置中，并顺利从汞气检测装置中排出，进一步提高每次汞测量结果的可靠性。
[0015]本发明的地震前兆现场汞气检测系统的汞气检测方法，包括如下步骤:带有汞气的样品气体流入所述的汞气检测装置的进气口，流经所述的气流通道，汞气被所述的汞检测传感器的金膜层吸收，金膜层电阻增大，金膜层的电阻变化信号输送给所述的检测电路，经检测电路处理，最后获得样品气体中汞气的含量值，样品气体中的其余气体从汞气检测装置的出气口排出。通过现场测得的汞气多少，可判断是否会有地震发生。本技术方案测汞灵敏度高，比现有方法提高两个数量级，达到1X10—13克汞，满足地震监测的需要。
[0016]作为优选，所述的汞检测传感器的微晶玻璃基片的背面设有一层镍铬膜层，镍铬膜层的左端和右端各有一个金焊盘，金焊盘连接一通电加热电路；所述的汞气检测方法包括如下步骤:当所述的汞检测传感器完成一次汞气检测后，接通所述的通电加热电路，对所述的镍铬膜层进行通电加热，以释放被所述的汞检测传感器的金膜层吸收的汞，使汞检测传感器的金膜层回到初始状态。使汞检测传感器获得再生，以便进行下一次的汞检测。
[0017]作为优选，所述的气流通道中设有汞参比传感器，所述的汞检测传感器和汞参比传感器面对面安装在所述的气流通道的顶面和底面，汞参比传感器和所述的检测电路相连；所述的汞气检测方法包括如下步骤:带有汞气的样品气体流入所述的汞气检测装置的进气口，流经所述的气流通道，所述的汞检测传感器的金膜层吸收样品气体中的汞气，金膜层电阻增大，金膜层的电阻变化信号输送给所述的检测电路，所述的汞参比传感器不会吸收样品气体中的汞气，但随着样品气体的温度变化汞参比传感器输出的信号会发生变化，汞参比传感器输出的信号也输送给所述的检测电路，检测电路对接收到的汞检测传感器的金膜层的电阻变化信号及汞参比传感器送来的信号进行处理，对由汞检测传感器的金膜层的电阻值增大而获得的样品气体中汞气的含量值进行温度补偿，最后获得消除温度影响的汞气含量值。减少干扰，进一步确保汞测量结果的可靠性。
[0018]本发明的有益效果是:汞气检测灵敏度比现有方法提高约两个数量级，达到
IX10_13克汞，满足地震监测的需要；结构简单，功耗低，便于携带，成本较低，跟现有装置相t匕，省去了易碎光学器件，减少了发生故障的可能性；干扰因素少，具有温度补偿功能，汞气测试结果可靠。【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明地震前兆现场汞气检测系统的一种系统连接结构框图。
[0020]图2是本发明地震前兆现场汞气检测系统中汞气检测装置的一种剖视结构示意图。
[0021]图3是本发明汞气检测装置中汞检测传感器的一种侧视结构示意图。
[0022]图4是本发明汞气检测装置中汞参比传感器的一种侧视结构示意图。
[0023]图5是本发明地震前兆现场汞气检测系统中检测电路的一种电路连接结构示意图。
[0024]图中1.气流通道，2.进气口，3.出气口，4.容器，5.汞检测传感器，6.汞参比传感器，7.放大器，8.单片机单元，9.显示单元，10.净化器，11.采样装置，12.抽气泵，13.空气载气，14.汞气检测装置，15.检测电路，51.微晶玻璃基片，52.铬膜层，53.金膜层，54.金焊盘，55.镍铬膜层，56.金焊盘，61.微晶玻璃基片，62.铬膜层，63.金膜层，64.金焊盘，65.—氧化娃薄膜层。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0026]实施例:本实施例的地震前兆现场汞气检测系统，如图1所示，包括净化器10、采样装置11、汞气检测装置14、检测电路15和抽气泵12，净化器10的进口接空气载气13，净化器10的出口和采样装置11的出口连通并和汞气检测装置14的进气口 2相连，抽气泵12的进口和汞气检测装置14的出气口 3相连，汞气检测装置14和检测电路15相连。抽气泵12采用薄膜抽气泵，空气载气13是普通的空气。
[0027]如图2所示，汞气检测装置14包括容器4，容器内有水平设置的呈窄形条状的气流通道1，容器4由不吸附汞且耐高温(280°C )的聚四氟乙烯材料制成，容器的顶面和底面分别有和气流通道I的左、右端连通的进气口 2和出气口 3，气流通道I的顶面和底面分别安装有汞检测传感器5和汞参比传感器6，汞检测传感器5和汞参比传感器6面对面安装，中间形成气流通道。如图3所示，汞检测传感器5包括一微晶玻璃基片51，微晶玻璃基片51的正面通过在真空镀膜装置中用电子束蒸发源镀有一层铬膜层52，铬膜层52上再镀上一层金膜层53,金膜层53朝向气流通道1，金膜层53的左端和右端再分别镀有一个金焊盘54。微晶玻璃基片51的背面镀有一层镍铬膜层55，镍铬膜层55的左端和右端再分别镀有一个金焊盘56，两个金焊盘56和一通电加热电路相连。如图4所示，汞参比传感器6包括一微晶玻璃基片61，微晶玻璃基片61的正面通过在真空镀膜装置中用电子束蒸发源镀有一层铬膜层62,铬膜层62上再镀上一层金膜层63,金膜层63的左端和右端再分别镀有一个金焊盘64,最后再镀一层一氧化娃薄膜层65, —氧化娃薄膜层65覆盖住金膜层63和两个金焊盘64。
[0028]如图5所示，检测电路15包括电阻R1、电阻R2、放大器7、单片机单元8和显示单兀9。镀在萊检测传感器5的金膜层53上的一个金焊盘54及镀在萊参比传感器6上的一个金焊盘64均和直流电压V的正极相连，镀在汞检测传感器5的金膜层53上的另一个金焊盘54和电阻Rl的一端相连,萊参比传感器6上的另一个金焊盘64和电阻R2的一端相连，电阻Rl的另一端及电阻R2的另一端均和直流电压V的负极相连，本实施例中，直流电压V采用直流12V电压，上述电阻Rl与汞检测传感器5的金焊盘54的并接点及电阻R2与汞参比传感器6的金焊盘64的并接点再分别和放大器7的两个输入端相连，放大器7的输出端和单片机单元8的输入端相连，单片机单元8的输出端和显示单元9相连，本实施例中，显示单元采用液晶显示屏，能显示图形、文字、字母及数字。
[0029]上述地震前兆现场汞气检测系统的汞气检测方法，包括如下步骤:
[0030]a.净化器10与大气连通，将空气载气13中的干扰气体滤除，输出载气，采样装置11采集地震前兆现场的气体，精确定量后，在净化器10提供的载气的推动下，样品气体被送入汞气检测装置14的进气口 2 ；
[0031]b.带有汞气的样品气体流入汞气检测装置14的进气口 2，流经气流通道1，汞检测传感器5的金膜层53吸收样品气体中的萊气,金膜层53电阻增大,其和电阻Rl相连后输送给放大器7的分压信号随之发生变化，而汞参比传感器6由于覆盖了一层一氧化硅薄膜层65，因此不会吸收样品气体中的汞气，但能感受样品气体的温度变化，根据感受到的温度不同，汞参比传感器6的金膜层63电阻也会变化，其和电阻R2相连后输送给放大器7的分压信号也随之发生变化，然后经放大器处理和放大，再输送给单片机单元处理，最后获得消除温度影响的汞气含量值，在液晶显示屏上进行显示，而样品气体中的其余气体被抽气泵12从汞气检测装置14的出气口 3抽出；
[0032]c.当汞气检测装置14完成一次汞气检测后，接通和汞检测传感器5背面的金焊盘56相连的通电加热电路，对位于汞检测传感器5背面的镍铬膜层55进行通电加热，以释放被汞检测传感器5正面的金膜层53吸收的汞，使汞检测传感器5的金膜层53回到初始状态，获得再生。
【权利要求】
1.一种地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于包括汞气检测装置(14)和检测电路(15)，汞气检测装置(14)包括设有气流通道(I)及与气流通道(I)连通的进气口(2)和出气口(3)的容器(4)，气流通道(I)中设有汞检测传感器(5)，所述的汞检测传感器(5)包括一微晶玻璃基片(51)，微晶玻璃基片(51)的正面设有一层铬膜层(52)，铬膜层(52)上覆盖有一层金膜层(53)，金膜层(53)朝向所述的气流通道(1)，金膜层(53)的左端和右端各有一个金焊盘(54)，金焊盘(54)和所述的检测电路(15)相连。
2.根据权利要求1所述的地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于所述的汞检测传感器(5)的微晶玻璃基片(51)的背面设有一层镍铬膜层(55),镍铬膜层(55)的左端和右端各有一个金焊盘(56),金焊盘(56)连接一通电加热电路。
3.根据权利要求1或2所述的地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于所述的气流通道(I)中设有汞参比传感器出)，汞参比传感器(6)和所述的汞检测传感器(5)面对面安装在所述的气流通道⑴的顶面和底面，汞参比传感器(6)和所述的检测电路(15)相连。
4.根据权利要求3所述的地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于所述的汞参比传感器(6)包括一微晶玻璃基片(61)，微晶玻璃基片(61)的正面设有一层铬膜层(62)，铬膜层(62)上覆盖有一层金膜层(63),金膜层(63)的左端和右端各有一个金焊盘(64),金膜层(63)和金焊盘(64)上覆盖有一层一氧化硅薄膜层(65)，金焊盘(64)和所述的检测电路(15)相连。
5.根据权利要求3所述的 地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于所述的检测电路(15)包括电阻R1、电阻R2、放大器(7)、单片机单元(8)和显示单元(9)，所述的汞检测传感器(5)的一端及所述的汞参比传感器(6)的一端均和直流电压V的正极相连，汞检测传感器(5)的另一端和电阻Rl的一端相连,萊参比传感器(6)的另一端和电阻R2的一端相连，电阻Rl的另一端及电阻R2的另一端均和直流电压V的负极相连，电阻Rl与汞检测传感器(5)的并接点及电阻R2与汞参比传感器(6)的并接点分别和所述的放大器(7)的两个输入端相连，放大器(7)的输出端和单片机单元(8)的输入端相连，单片机单元(8)的输出端和所述的显示单元(9)相连。
6.根据权利要求1或2所述的地震前兆现场汞气检测系统，其特征在于包括净化器(10)、采样装置(11)和抽气泵(12)，净化器(10)的进口接空气载气(13)，净化器(10)的出口和采样装置(11)的出口连通并和所述的汞气检测装置(14)的进气口(2)相连，所述的抽气泵(12)的进口和所述的汞气检测装置(14)的出气口(3)相连。
7.—种如权利要求1所述的地震前兆现场汞气检测系统的汞气检测方法，其特征在于包括如下步骤:带有汞气的样品气体流入所述的汞气检测装置(14)的进气口(2)，流经所述的气流通道(I)，汞气被所述的汞检测传感器(5)的金膜层(53)吸收，金膜层(53)电阻增大，金膜层(53)的电阻变化信号输送给所述的检测电路(15)，经检测电路(15)处理，最后获得样品气体中汞气的含量值，样品气体中的其余气体从汞气检测装置(14)的出气口(3)排出。
8.根据权利要求7所述的汞气检测方法，其特征在于所述的汞检测传感器(5)的微晶玻璃基片(51)的背面设有一层镍铬膜层(55),镍铬膜层(55)的左端和右端各有一个金焊盘(56)，金焊盘(56)连接一通电加热电路；所述的汞气检测方法包括如下步骤:当所述的汞检测传感器(5)完成一次汞气检测后，接通所述的通电加热电路，对所述的镍铬膜层(55)进行通电加热，以释放被所述的汞检测传感器(5)的金膜层(53)吸收的汞，使汞检测传感器(5)的金膜层(53)回到初始状态。
9.根据权利要求7或8所述的汞气检测方法，其特征在于所述的气流通道(I)中设有汞参比传感器(6)，所述的汞检测传感器(5)和汞参比传感器(6)面对面安装在所述的气流通道⑴的顶面和底面，汞参比传感器(6)和所述的检测电路(15)相连；所述的汞气检测方法包括如下步骤:带有汞气的样品气体流入所述的汞气检测装置(14)的进气口(2)，流经所述的气流通道(I)，所述的汞检测传感器(5)的金膜层(53)吸收样品气体中的汞气，金膜层(53)电阻增大，金膜层(53)的电阻变化信号输送给所述的检测电路(15)，所述的汞参比传感器(6)不会吸收样品气体中的汞气，但随着样品气体的温度变化汞参比传感器(6)输出的信号会发生变化，萊参比传感器(6)输出的信号也输送给所述的检测电路(15),检测电路(15)根据接收到的汞检测传感器(5)的金膜层(53)的电阻变化信号及汞参比传感器(6)送来的信号进行处理，对由汞检测传感器(5)的金膜层(53)的电阻值增大而获得的样品气体中汞气的含量值`进行温度补偿，最后获得消除温度影响的汞气含量值。
【文档编号】G01N27/12GK103808768SQ201310694577
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】王维平, 王维熙 申请人:杭州超距科技有限公司