[发明专利]一种海洋环境电场测量装置

说明书

技术领域：

本发明属于电场测量技术领域，涉及一种精度高、稳定性好、寿命长、耐压强的海洋环境电场测量设备，特别是一种海洋环境电场测量装置。

背景技术：

目前，随着海洋科学的发展和能源需求的增加，海洋物理探测技术得到了飞速发展，相对于重力探测、磁法探测和声学探测，在复杂海洋环境中，电场探测方法具有受环境因素干扰少、可获得介质分布规律、海洋工程装备腐蚀或阴极保护状态等大量有价值的信息的优点，引起国内外学者广泛关注。海洋环境电场测量系统一般由电场传感器、数据采集系统和控制软件组成，而海洋环境的电场常常仅为微伏甚至纳伏、10^-4～10³Hz的微弱宽频信号，这就要求测量系统具有更高的分辨率；通常，测量系统电极对间的极距越大，分辨率就越高；海洋环境限制了长极距传感器的使用，这对电场传感器性能提出更苛刻的要求。现有技术中常用的电场传感器主要有高纯锌电极、Cu/CuSO₄电极、碳纤维电极和Ag/AgCl电极，高纯锌电极和Cu/CuSO₄电极的电位稳定度达不到微伏级信号要求，不适用于海洋环境电场测量；碳纤维电场传感器和Ag/AgCl电场传感器具有电位稳定性好、使用寿命长的优点，被广泛用于海洋环境电场测量，如英国Subspection公司和Ultra-PMES公司均采用Ag/AgCl电极作为海洋环境电场测量传感器；瑞典PolyampAB公司采用碳纤维电场传感器进行水下电场测量，并申请了国际专利。但是无论是Ag/AgCl电场传感器还是碳纤维电场传感器都有其局限性，存在这样那样的缺点，Ag/AgCl电场传感器在海水中平衡时间长，初期测量数据误差大，且AgCl见光易分解，影响Ag/AgCl电场传感器稳定性和使用寿命；碳纤维电场传感器稳定性较差，自噪声水平较Ag/AgCl电场传感器也差，且测量1mHz频率以下电场信号误差较大。中国发明专利全固态参比电极（03138856.6）和热浸涂银/卤化银参比电极（200810015054）的主要功能是用于海洋工程装备电位和阴极保护电位测量，其自噪声水平较高，无法满足海洋环境电场测量要求。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种精度高、稳定性好、寿命长、耐压强的海洋环境电场测量装置，搭建高精度数据采集系统，开发电场信号采集与分析软件，建立一种高精度电场测量技术方案，解决海洋环境中微弱电场信号测量问题，提高海洋环境中电场探测能力。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括陶瓷片、电极芯、网状体、电极帽、电缆、密封材料、套管、密封盖、信号调理模块、数据采集模块、Ag/AgX电场传感器、球形密封体、支架和水密电缆；台式框架结构的支架上固定制有内空式球形密封体，球形密封体上密封式制有三对相互垂直的Ag/AgX电场传感器，每对Ag/AgX电场传感器的间距为1m；Ag/AgX电场传感器包括Ag/AgX电极及其密封装置，其中，Ag/AgX电极由粉压法成型的电极芯和热浸镀法成型的网状体组合连接构成，密封装置由包括套管、密封盖、电极帽、密封材料和陶瓷片的部件配合组成；Ag/AgX电极由套管包套式装配，电极芯与信号传输用的电缆连接；套管的腔体内填充有密封材料，使Ag/AgX电极与电缆连接处密封；套管上装配有密封盖和电极帽，电极帽内装配有陶瓷片，陶瓷片能够减小海水流动对Ag/AgX电极自噪声水平和稳定性影响，使Ag/AgX电极工作环境稳定；信号调理模块和数据采集模块电信息连通组成数据采集系统，数据采集系统密封式固定安装在球形密封体内，信号调理模块通过屏蔽的普通电缆与Ag/AgX电场传感器电信息连接，信号调理模块采用二级放大模式对Ag/AgX电场传感器的测量信号进行放大，放大倍数为1000000倍且编程可调；数据采集模块和信号调理模块电信息连接，数据采集模块的分辨率为24位，测量范围为±2V，数据采集频率为10kHz；Ag/AgX电场传感器的工作面与海水接触，数据采集模块不与海水接触，其耐压值为3MPa，数据采集模块上连接式制有水密电缆。