地下流体二氧化碳连续在线监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种地下流体二氧化碳连续在线监测系统，包括依次通过管路相连的进气口、第一电磁阀、可恢复除湿管、第二电磁阀、阵列式红外二氧化碳传感器、第三电磁阀、电磁泵、第四电磁阀和出气口，干燥过滤管的一端通过管路和第二电磁阀相连，干燥过滤管的另一端通过管路和第四电磁阀相连，可恢复除湿管、阵列式红外二氧化碳传感器、电磁泵及四个电磁阀分别和主控单元电连接。主控单元控制四个电磁阀的连通通道，从而形成监测气路、清洗气路和恢复除湿气路。本实用新型专利技术实现高湿环境下二氧化碳浓度的大量程连续监测，采用多种滤波、补偿手段，抗干扰性好，有效降低误差，监测精度高、稳定性好，提高地震预报的有效性。

【技术实现步骤摘要】
地下流体二氧化碳连续在线监测系统
本技术涉及一种地下流体二氧化碳监测技术，尤其涉及一种地下流体二氧化碳连续在线监测系统。
技术介绍
地壳的深部含有大量充满水、气和其它流体的孔隙和裂隙，这些流体是影响地震孕育与发生的重要因素，位于地壳浅部的地下流体是灵敏地反映地震孕育与发生过程的重要前兆信息载体，具有灵敏的映震能力。利用地表自由溢出的CO2和溶解于水及吸附于土壤中的CO2气体浓度变化来监测预报地震是近年来国内重点关注的地震预报方法之一。自1988年起，利用CO2观测手段已成功预报或对应了包括张北6.2级、绵竹5.0级以及雅江6.0级地震在内的多次中强以上地震，且CO2的异常形态为跳跃式或振荡式上升，异常幅度明显，震中距越小，异常出现越早，是典型的短临异常，对破坏性地震的短临预报以及发震时间的判定具有重要意义。目前，应用于地下流体CO2观测的方法包括质谱法、色谱法、化学法和快速测定管法，这些监测方法均取得一定震例，但映震效果最好的为快速测定管法。但是CO2快速测定管法只能应用于断层气观测，需每天更换，人工读取测值，仅能测试二氧化碳累积量，不能反映二氧化碳浓度的实时变化，而且受化学测量方法的限制，测量值的精确度也难以保证。红外光谱法测量CO2精度高，能进行连续分析，在工业、农业、环境保护等领域得到了广泛应用，但在地震预报中应用较少，且对地下流体观测对象的适用性较差，尤其是在高湿度观测环境中不具备应用可能性，测量稳定性差、精确度低。
技术实现思路
本技术为了解决上述技术问题，提供一种地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其测量范围量程大，适合在高湿度环境下进行监测，可对地壳活断层溢出的CO2气体和水中溶解及土壤吸附的CO2气体进行连续、稳定、长期的监测，从而提高地震预报的有效性。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本技术包括进气口、可恢复除湿管、阵列式红外二氧化碳传感器、电磁泵、出气口和主控单元，进气口、可恢复除湿管、阵列式红外二氧化碳传感器、电磁泵和出气口依次通过管路相连，可恢复除湿管、阵列式红外二氧化碳传感器及电磁泵分别和主控单元电连接。主控单元控制电磁泵的启停。监测时，电磁泵启动，抽入待测样气，样气从进气口流入，依次流经可恢复除湿管、阵列式红外二氧化碳传感器和电磁泵，最后从出气口流出。可恢复除湿管对流经的气体进行除湿，分离出溶解二氧化碳气体，解决地下流体高湿度的问题。由阵列式红外二氧化碳传感器检测出地下流体中二氧化碳气体浓度，阵列式红外二氧化碳传感器中的各个传感单元具有不同响应范围，反应二氧化碳气体浓度的电压信号输送给主控单元，经主控单元处理后将测得的二氧化碳气体浓度值进行显示，达到测量结果大量程的目的。本技术方案可对地壳活断层溢出的CO2气体和水中溶解及土壤吸附的CO2气体进行连续、稳定、长期的监测，从而提高地震预报的有效性。作为优选，所述的阵列式红外二氧化碳传感器包括两个以上相间隔设置在气路上的红外二氧化碳传感单元，红外二氧化碳传感单元按响应范围由宽到窄方向性排布。响应范围宽的传感单元靠近气体流入方向，响应范围窄的传感单元靠近气体流出方向，实现大量程的二氧化碳监测。作为优选，所述的红外二氧化碳传感单元包括内镀镜面金膜的球形气室及设于气室中的半导体激光器光源、锗掺杂光学滤光片、双通道探测器、温湿度探测单元和信号处理单元，锗掺杂光学滤光片位于双通道探测器的前方，双通道探测器、温湿度探测单元分别和信号处理单元电连接，信号处理单元的输出端和所述的主控单元相连。半导体激光器光源用于提供稳定的波长为4.26μm的光线，锗掺杂光学滤光片用于消除干扰气体的影响，双通道探测器获取二氧化碳浓度检测信号并传送给信号处理单元，温湿度探测单元以获取气体的温度和湿度，便于对二氧化碳浓度数据进行补偿处理，提高监测的准确性。作为优选，所述的信号处理单元包括依次相连的带通滤波器、放大器和模数转换器，带通滤波器的输入端和所述的双通道探测器的输出端相连，所述的温湿度探测单元的输出端和模数转换器相连，模数转换器的输出端和所述的主控单元相连。带通滤波器用于对和测量浓度相对应的电压信号进行降噪，滤波后的信号通过放大器进行放大，模数转换器将电压信号转换成数字信号，并通过温湿度探测单元获取的温湿度数据对浓度数据进行补偿，最后将浓度数据输送给主控单元，进一步提高所获得的二氧化碳浓度数据的准确性。作为优选，所述的可恢复除湿管包括石英管、设于石英管内的可恢复除湿剂及相间隔地缠绕在石英管外的电热丝，电热丝和所述的主控单元电连接。可恢复除湿管实现高湿环境下溶解CO2气体的有效分离。可恢复除湿剂包括变色硅胶和硫酸镁担体。电热丝可采用镍铬电阻丝，电热丝的缠绕间距不是等距的，而是由宽到窄逐渐减小。当可恢复除湿管使用一段时间后除湿效果下降时，在主控单元的控制下使电热丝通电开始加热，通过加热蒸发掉可恢复除湿剂吸收的水分，从而恢复除湿效果。作为优选，所述的地下流体二氧化碳连续在线监测系统包括干燥过滤管和第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀，第一电磁阀设在所述的进气口和可恢复除湿管之间的管路上，第二电磁阀设在可恢复除湿管和所述的阵列式红外二氧化碳传感器之间的管路上，第三电磁阀设在阵列式红外二氧化碳传感器和所述的电磁泵之间的管路上，第四电磁阀设在电磁泵和所述的出气口之间的管路上，所述的干燥过滤管的一端通过管路和第二电磁阀相连，干燥过滤管的另一端通过管路和第四电磁阀相连，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀均为二选一三通电磁阀，四个电磁阀分别和所述的主控单元电连接。主控单元控制四个二选一三通电磁阀的连通通道，从而可形成监测气路、清洗气路和恢复除湿气路，控制方便，监测灵活。监测气路：进气口→第一电磁阀→可恢复除湿管→第二电磁阀→阵列式红外二氧化碳传感器→第三电磁阀→电磁泵→第四电磁阀→出气口，完成对样气中二氧化碳浓度的监测。清洗气路：阵列式红外二氧化碳传感器→第三电磁阀→电磁泵→第四电磁阀→干燥过滤管→第二电磁阀→阵列式红外二氧化碳传感器，清洗传感器，降低传感器内部的湿度。恢复除湿气路：第三电磁阀→电磁泵→第四电磁阀→干燥过滤管→第二电磁阀→可恢复除湿管→第一电磁阀，当可恢复除湿管除湿效果下降时，电热丝通电，同时需要开通恢复除湿气路，通过加热排除湿气，以恢复可恢复除湿管的除湿效果。干燥过滤管是一根圆柱形透明管，内置除湿剂，用于净化监测后阵列式红外二氧化碳传感器中的残留气体，降低传感器内部的湿度，提高再次监测的灵敏度和准确性。作为优选，所述的主控单元包括中央处理单元、数据采集单元、滤波补偿单元、外部环境参数监测单元、中继控制单元、存储单元、通讯单元和显示单元及为整个主控单元提供工作电压的电源单元，数据采集单元、滤波补偿单元、外部环境参数监测单元、中继控制单元、存储单元、通讯单元及显示单元分别和中央处理单元相连，数据采集单元的输入端和所述的阵列式红外二氧化碳传感器的输出端相连，中继控制单元的输出端分别和所述的可恢复除湿管、电磁泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀电连接。主控单元具有稳定性强、可靠性好、功能全面及智能化程度高的特点。中央处理单元控制整个程序流程，具有最高权限，可以自由调用其他单元进行相应的操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其特征在于包括进气口(1)、可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)、电磁泵(4)、出气口(5)和主控单元(6)，进气口(1)、可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)、电磁泵(4)和出气口(5)依次通过管路相连，可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)及电磁泵(4)分别和主控单元(6)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其特征在于包括进气口(1)、可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)、电磁泵(4)、出气口(5)和主控单元(6)，进气口(1)、可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)、电磁泵(4)和出气口(5)依次通过管路相连，可恢复除湿管(2)、阵列式红外二氧化碳传感器(3)及电磁泵(4)分别和主控单元(6)电连接。2.根据权利要求1所述的地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其特征在于所述的阵列式红外二氧化碳传感器(3)包括两个以上相间隔设置在气路上的红外二氧化碳传感单元，红外二氧化碳传感单元按响应范围由宽到窄方向性排布。3.根据权利要求2所述的地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其特征在于所述的红外二氧化碳传感单元包括气室及设于气室中的半导体激光器光源、锗掺杂光学滤光片、双通道探测器、温湿度探测单元和信号处理单元，锗掺杂光学滤光片位于双通道探测器的前方，双通道探测器、温湿度探测单元分别和信号处理单元电连接，信号处理单元的输出端和所述的主控单元(6)相连。4.根据权利要求1或2或3所述的地下流体二氧化碳连续在线监测系统，其特征在于包括干燥过滤管(7)和第一电磁阀(11)、第二电磁阀(12)、第三电磁阀(13)、第四电磁阀(14)，第一电磁阀(11)设在所述的进气口(1)和可恢复除湿管(2)之间的管路上，第二电磁阀(12)设在可恢复除湿管(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维平，刘佳琪，王成宇，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33