一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，包括两个电磁隔膜泵、两个循环隔膜气泵、汞捕集阱、纳米复合物粒子薄膜传感器和主控电路，系统进气口、第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵和系统出气口依次相连，第一电磁隔膜泵通过管路和纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口通过管路和第二循环隔膜气泵相连，第二循环隔膜气泵通过管路和第二电磁隔膜泵相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端和主控电路相连。本实用新型专利技术采用气体循环法，通过纳米复合物粒子薄膜传感器检测汞捕集阱释放的汞气，响应信号强、响应速度快，能在线连续观测痕量气汞的浓度变化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统
本技术涉及汞气痕量观测
，尤其涉及一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统及监测方法，主用应用于地下流体分析及地震短临预测，也可用于大气中汞气含量的分析。
技术介绍
断裂带记录了与地震密切相关的岩石和流体特性，同时也富含地震的孕育与发生信息，流体的运移与其发生的不均匀性渗透能够在断层上产生巨大的局部主应力，使断层失稳从而引发地震。大量的模拟试验与实际地震表明，汞(Hg)元素在揭示断裂带流体与地震孕育发生的关系中发挥了重要作用。下地壳与上地幔的汞，在流体的携带或者压力梯度作用下沿着断裂或岩石裂隙向地表迁移，在断裂带上方形成的岩石、土壤和地下水中汞浓度异常，地震活动前后断层带附近汞含量的变化幅度很大(比正常起伏范围大十几甚至上百倍)。因此，近二十年来，汞观测在地球化学分析及地震监测预报领域受到了广泛的重视。目前国内外地球化学分析痕量气汞的方法主要是原子吸收法和原子荧光光谱法，这两种方法是普遍应用于地球化学分析中的实验室分析方法，这些仪器一般为国外进口，由于价格昂贵，且附属部件多，不适用于野外大规模长期观测或灵活多变的现场分析。近年来，国内也开始研制一些不同原理的测汞方法，如金汞齐法，利用汞在常温环境中极易与金形成金汞齐合金，不同汞含量的金汞齐的电阻存在差异，利用该原理设计测量痕量气汞浓度的传感器可以有效避免光学法测量时干扰气体的影响，比较适用于野外长期观测。但是目前这种检测方法所使用的传感器信号响应较弱，且在实际应用中存在吸附平衡时间过长、薄膜结构具有记忆性的缺陷，且检测仪器易受环境温度、湿度影响，稳定性较差，不能满足快速、在线连续、长期观测的需要。
技术实现思路
本技术为了解决上述技术问题，提供一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其传感信号响应较强，响应速度快，能在线连续观测痕量气汞的浓度变化，灵敏度高，稳定性好，不易受环境温度、湿度影响，适用环境广泛。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：本技术包括第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵、第二循环隔膜气泵、纳米复合物粒子薄膜传感器和主控电路，系统进气口、第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵和系统出气口依次通过管路相连，第一电磁隔膜泵通过管路和纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口通过管路和所述的第二循环隔膜气泵相连，第二循环隔膜气泵通过管路和第二电磁隔膜泵相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端和所述的主控电路相连。主控电路分别控制第一电磁隔膜泵、第二电磁隔膜泵、第一循环隔膜气泵和第二循环隔膜气泵的启停及汞捕集阱是否通电加热。测试时，样气进入系统进气口，经第一电磁隔膜泵进入汞捕集阱，汞捕集阱吸附样气中的汞气，样气中的其他气体流过第一循环隔膜气泵和第二电磁隔膜泵，并从系统出气口流出；接着主控电路控制汞捕集阱通电加热，使吸附在汞捕集阱中的汞成为汞气释放出来，汞气经第一电磁隔膜泵和稳流装置流入纳米复合物粒子薄膜传感器，纳米复合物粒子薄膜传感器检测出汞浓度并以传感信号输送给主控电路，人们通过主控电路上的显示屏即可观测到样气中汞浓度值，剩余的气体从纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口流出，再经气体流量计、第二循环隔膜气泵和第二电磁隔膜泵，最后从系统出气口流出。测量气路采用气体循环法，噪声干扰小，提高仪器的稳定性，缩短传感器的吸附平衡速率。汞捕集阱利用金汞齐原理捕集气体中的汞，采用纳米复合物粒子薄膜传感器作为测汞传感器，大幅度提高气敏材料的灵敏性和响应速度。本技术方案传感信号响应较强，响应速度快，能在线连续观测痕量气汞的浓度变化，灵敏度高，稳定性好，不易受环境温度、湿度影响，适用环境广泛。作为优选，所述的第二电磁隔膜泵和第二循环隔膜气泵之间设有净化管，第二电磁隔膜泵通过管路和净化管相连，净化管通过管路和第二循环隔膜气泵相连。净化管内含除湿剂，一般为无水硫酸铜或变色硅胶，用于吸附循环气路中的水蒸汽，避免湿度过大影响传感器的检测灵敏度。作为优选，所述的第二循环隔膜气泵和纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口之间的连接管路上设有气体流量计，所述的纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口和第一电磁隔膜泵之间的连接管路上设有稳流装置。稳流装置和气体流量计联合控制循环气路流量，以确保测量时传感器的稳定性。作为优选，所述的汞捕集阱包括双球泡形石英管、设于双球泡形石英管内部的金阱和缠绕在双球泡形石英管外周的电热丝，金阱包括金丝饼和金砂柱，双球泡之间及双球泡的两端各设有一个金丝饼，形成三层金丝饼层，每个球泡中各设有多个金砂柱，形成两层金砂柱层。金丝饼由直径为0.1mm且含金量为99.999％的金丝缠绕成金丝球后再压制而成；所述的金砂柱为表面浸镀0.2nm厚金膜的石英柱，金砂柱的直径为60～80目，金砂柱的高度为2mm。本技术方案可以最大面积地吸附气体中的汞气，提高金阱的富集效率，同时采用金砂柱降低了汞捕集阱的成本。作为优选，所述的纳米复合物粒子薄膜传感器包括两侧分别设有进气口和出气口的壳体及设于壳体中的薄膜栅板，薄膜栅板将壳体分隔成两部分，所述的进气口、出气口分别位于薄膜栅板的两侧，薄膜栅板上的栅格呈长条状，薄膜栅板的材质为微晶材质，薄膜栅板的表面镀有一层银核金壳纳米粒子薄膜层，薄膜栅板的两侧各设有和银核金壳纳米粒子薄膜层相连的电极，两个电极上引出的导线分别和所述的主控电路相连。通过含银化合物、含金化合物以及有机溶剂水热反应生成银核金壳纳米粉末，再经过真空镀膜以及热处理，形成栅板表面的银核金壳纳米粒子薄膜层，制成测汞的银负载金纳米粒子薄膜，大幅度提高气敏材料的灵敏性和响应速度。当汞气穿过栅格密度极高的栅板时，与栅板表面的银核金壳纳米粒子摩擦，汞与金壳反应导致栅板薄膜层的电阻发生变化，通过电极引出传感响应信号输送给主控电路。作为优选，所述的主控电路包括传感信号采集单元、信号处理单元、中央处理单元、显示单元、驱动单元和通信单元，所述的纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端和传感信号采集单元的输入端相连，传感信号采集单元的输出端和信号处理单元相连，信号处理单元、显示单元、驱动单元及通信单元分别和中央处理单元相连。纳米复合物粒子薄膜传感器输出的反映汞浓度的传感信号输送给传感信号采集单元，经传感信号采集单元和信号处理单元的处理，再输送给中央处理单元，再送显示单元显示，人们从显示屏上可直观地观测到样气中的汞浓度值。中央处理单元中设置有测汞程序，根据程序设定，会发出相应控制信号给驱动单元，再由驱动单元发出控制信号分别控制第一电磁隔膜泵、第二电磁隔膜泵、第一循环隔膜气泵和第二循环隔膜气泵的启停及汞捕集阱是否通电加热。通过通信单元实现系统的远程操作。作为优选，所述的传感信号采集单元包括依次相连的交流激励电路、桥式检测电路、信号放大电路、同步解调电路、DAC跟踪电路和ADC采集电路，交流激励电路的输入端和所述的纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端相连，ADC采集电路的输出端和所述的信号处理单元的输入端相连。传感信号输送给传感信号采集单元中的交流激励电路，交流激励电路为桥式检测电路和同步解调电路提供固定电压的正弦波信号，消除了传感器测量信号的直流误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其特征在于包括第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵、第二循环隔膜气泵、纳米复合物粒子薄膜传感器和主控电路，系统进气口、第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵和系统出气口依次通过管路相连，第一电磁隔膜泵通过管路和纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口通过管路和所述的第二循环隔膜气泵相连，第二循环隔膜气泵通过管路和第二电磁隔膜泵相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端和所述的主控电路相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其特征在于包括第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵、第二循环隔膜气泵、纳米复合物粒子薄膜传感器和主控电路，系统进气口、第一电磁隔膜泵、汞捕集阱、第一循环隔膜气泵、第二电磁隔膜泵和系统出气口依次通过管路相连，第一电磁隔膜泵通过管路和纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口通过管路和所述的第二循环隔膜气泵相连，第二循环隔膜气泵通过管路和第二电磁隔膜泵相连，纳米复合物粒子薄膜传感器的传感信号输出端和所述的主控电路相连。2.根据权利要求1所述的一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其特征在于所述的第二电磁隔膜泵和第二循环隔膜气泵之间设有净化管，第二电磁隔膜泵通过管路和净化管相连，净化管通过管路和第二循环隔膜气泵相连。3.根据权利要求1所述的一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其特征在于所述的第二循环隔膜气泵和纳米复合物粒子薄膜传感器的出气口之间的连接管路上设有气体流量计，所述的纳米复合物粒子薄膜传感器的进气口和第一电磁隔膜泵之间的连接管路上设有稳流装置。4.根据权利要求1所述的一种用于连续在线观测痕量气汞的监测系统，其特征在于所述的汞捕集阱包括双球泡形石英管、设于双球泡形石英管内部的金阱和缠绕在双球泡形石英管外周的电热丝，金阱包括金丝饼和金砂柱，双球泡之间及双球泡的两端各设有一个金丝饼...

【专利技术属性】
技术研发人员：何镧，刘佳琪，张殿亮，
申请(专利权)人：杭州超钜科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33