[实用新型]一种不极化电极

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种不极化电极，属于微弱电磁波信号测量领域，广泛用于电法勘探、水文勘探、工业生产、环境监测以及地震前兆观察等，也可用于工业过程，腐蚀防护，环境监测的参比电极，特别适用于大地、海洋的地质勘探。

背景技术

低极化电极是地球电场信息测量系统中的关键组成部件，广泛应用于地震前兆观察、地球物理电法勘探、石油勘探、水文勘探以及大地地磁探测等领域。现有的电极主要包括普通金属电极、液体不极化电极和固体不极化电极。

普通金属电极采用惰性较高的杆状铜电极或铁电极，这种电极野外施工方便，效率高，不需要维护，因此使用最为普遍。但由于金属直接与大地接触，表面可能发生电化学反应，如腐蚀。这类电极的电极电位受很多因素影响，如酸碱度、温度、湿度等，因此电极之间的极差大而且不稳定，不适用采集微弱的小信号。

液体不极化电极将金属电极埋没在饱和的金属盐溶液的电极罐中，金属盐溶液通过电极罐底部的渗透性材料与大地接触，保证电极和电解质的界面的稳定，从而提高电极的稳定性。但这类电极也存在两个缺点：（1）由于盐溶液的渗漏，需要不时补充金属盐溶液，因此这种电极维护较为困难，而且容易对环境造成污染；（2）由于液体不极化电极只通过底部的渗透性材料与大地接触，实际野外工作需要预先挖出电极坑，并要求电极埋没在湿土中，通常还要浇水，保证电极与土壤的密切接触，因此施工较为不便。挖坑埋没的电极由于对电极接地点地表改变较大，再加上浇水后水渗透等因素的影响，造成电极接地点的电位长时间不稳定，造成电极间极差不稳定，从而影响电法勘探数据采集的质量。

固体不极化电极与液体不极化电极原理一样，只是固体不极化电极通过含有金属盐的固体介质与大地接触。CN200962458Y公布了一种“固体不极化电极”，由电极输出线、热缩管、铅棒及PVC管体组成，采用固体电解质替代原有的液体电解质，在保证测量精度的同时降低了维护成本，提高了使用寿命并且携带方便。但同样需要挖坑埋没电极，野外施工不方便。铅棒对环境有一定程度的污染，而且铅棒电极不是最好的不极化电极材料。CN2755629Y公布了一种“杆状不极化电极”，骨架的下部外侧通过硫酸铜与石膏的糊状物固结铜电极，糊状物凝固成型后形成固定不极化电极。该固体不极化电极使用时更加方便，从而提高了施工效率和测量精度。由于是固体电解质，无法保证电极芯与大地构成良好离子导电通道，在一定程度上影响电极的精度和寿命；由于固体电解质没有外部壳体进行保护，地面杂草和杂乱碎石会对固体电解质造成破坏，降低电极的使用寿命。此外这类固体电极采用的固体电解质，较液体电解质，制作工艺复杂。

现有不极化电极电极底部一般为平面结构，仅靠电极底部平面与土壤接触，对埋没点附近的土壤结构要求较高，很容易因为土壤岩性结构不理想（如富含砂砾石等），以及埋没方法的不当造成接触不良，也会产生极差不稳定，对测量数据产生较大影响。为解决上述问题，CN201804124U公布了一种不极化电极，该电极由极棒、电解质和电极罐组成，电极罐为圆柱体形，电极罐下端形状为锥形，锥形电极罐内灌注电解质（氯化铅、氯化钠或石膏加水配制而成），锥形电极罐壁上均匀分布有孔。该电极能将电极直接插入地下，减少了挖坑埋没环节，施工方便；由于电极采用锥形结构，使锥形电极罐与大地接触关系长时间稳定，外在不确定干扰因素减少，离子交换顺畅稳定。但该实用新型锥形电极罐壁上均匀分布孔，具有以下缺点：（1）电极罐壁上均匀分布有孔，就会造成孔的总面积很大，电解质渗透量大，电解质消耗快，不适合长时间测量。这种情况下如要进行长时间测量，就需要增大电极罐的电解质的容量，这样一方面造成电解质的浪费，另一方面，增大电解质的容量，也会增加整个电极的重量，不方便携带和使用。（2）如要确保能够长时间使用而又不增大电解质的容量，就必须通过减少的孔大小或孔密度来减少电解质的渗透量，与电极接触的土壤就会出现润湿不充分，离子交换不畅通。（3）由于电极罐壁上均匀分布有孔，电极不使用时，无论如何放置，电解质都会因渗透而消耗。如需减少电极不使用时渗透消耗，就必须将会电极浸泡在电解质中，电极存放比较麻烦，尤其是野外勘探中。（4）电极罐壁上均匀分布有孔，与大地接触面积大，测量信号为这些区域的平均信号，信号的空间分辨率差，无法实现高空间分辨率的精确测量，也就无法得到精确的随空间的分布信号。（5）高空间分辨率的测量往往需要采用多个电极组成的电极阵列，这种壁上均匀分布有孔的设计，与大地的接触面积大，限制了电极阵列的放置方式和放置的电极阵列的电极数量。

发明内容