一种地气压的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种地气压力的测量装置。具体地说，应用该装置可测量地下包气带内土壤气压的细微变化，为地球物理化学的勘察研究提供技术支撑。
[0002]
【背景技术】
[0003]众所周知，土壤是由固体、液体和气体三类物质组成的。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物等；液体物质主要指土壤水分；气体是存在于土壤孔隙中的空气。土壤中这三类物质构成了一个有机的统一体。从地质学的角度看，地面以下潜水面以上的地带称包气带，它是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。无论通常意义上的土壤还是地质学上所指的包气带，该区域由于气相的存在，与外界大气形成了一个连续的统一体。在该区域内，土壤空气压力一方面受大气的影响和控制，随大气的变化而变化，但同时受土壤内部温度、湿度、盐分等自然环境条件和自身构成的影响，导致在不同区域的地气压存在差异。地气压差异会导致水分、矿物离子、天然气分子等运移。目前一般通过测量吸附于土壤颗粒的地球化学元素，如微量成矿元素或伴生元素、伴生气体的含量来确定它们的运移方向，达到资源勘查目的。
[0004]另外，在古丝绸之路沿线上保存了众多的佛教石窟，它们开凿于了砾砂岩体中，处于包气带中。石窟中保存的大量精美壁画、彩塑，是我国重要的文化遗产，具有重要的历史、科学和文化价值。其中以莫高窟为代表的石窟群因其规模宏大，保存完整，内容丰富，早已于1987年被联合国教科文组织列入世界文化遗产目录，成全人类共同的精神财富。长期以来，由于气侯的变化和人类活动的影响，众多的石窟壁画存在起甲、霉变、空鼓、酥碱等与水分相关的病害。研究发现，水分是引起壁画病害最活跃的因素。因此，监测洞窟围岩水汽的运移方向，确定洞窟水分来源，在洞窟文物的主动预防性保护中具有至关重要的作用。
[0005]因而，如何直接通过地气压的监测，依据相对压差判断地气运移方向和形成原因，在水文勘察、资源勘探和珍贵洞窟文物保护等方面具有重要意义，在地球物理化学研究中有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]综上所述，本发明以不饱和土壤(包气带)的气压为监测对象，旨在提供一种地气压的监测装置。利用本装置监测不同区域的地气压，确定地气的运移方向，为地下水文勘察、资源勘探和洞窟文物保护提供关键技术与设备支撑。
[0007]本发明的目的是这样实现的:
一种地气压监测装置，是由大气压力变送器、无纸记录仪和数据线和电源组成。大气压力变送器除一台保留在地表上监测大气压外，其它大气压力变送器在不同区域、不同深度都埋设于包气带土壤内，无纸记录仪通过数据传输线分别与大气压力变送器连接，无纸记录仪通过电线与电源连接。
[0008]本发明的优点是:
1、本发明性能稳定可靠，有较强的抗干扰能力，记录间隔可根据需要自行调控，如设定无纸记录仪间隔为10分钟，监测数据存储可达一年以上，具备记录时间长、自动记录的特点。又因可随时下载，实现了无限期连续监测。
[0009]2、本发明可实时监测地气压的变化过程；若与温度、湿度等环境因子的同步监测相配合，可分析环境因子对土壤水分、矿物离子和油气(天然气)的运移。对于洞窟围岩水分运移、深潜伏矿藏和油(气)田的勘探有非常重要的作用。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的示意图。
[0011]图中:1为大气压力变送器；2为无纸记录仪；3为数据线；4为电源。
[0012]图2为本发明地气压装置测试的冬季地气压实测图。
[0013]图3为本发明地气压装置测试的冬季相对地气压差图。
[0014]图4为本发明地气压装置测试的夏季地气压实测图。
[0015]图5为本发明地气压装置测试的夏季相对地气压差图。
【具体实施方式】
[0016]本发明采用的大气压力变送器(HD9408T，意大利DeltaOHM公司生产，其测量范围:600?1100 mBar ;过载:2 bar ;精度:±0.4 mbar ;输出:4?20 mA ;工作温度:-30?+60°C);配置记录仪为BT805无纸记录仪(厦门伯特自动化工程有限公司生产)，记录间隔可根据具体需要从数秒至数小时自由设定。五位显示，精度较高，与大气压力变送器HD9408T配套，分辨率可达0.1 hPa。U盘转存，方便下载与分析。电源可根据实际需要选择AC 220V供电电源或DC 24V供电的仪表。
[0017]下面结合附图1，对本发明的技术方案再作进一步的说明:
如图1所示，一种地气压监测装置是由大气压力变送器1、无纸记录仪2、数据线3和电源4组成。
[0018]本发明的操作过程:
1)测量时，水平放置无纸记录仪2，连通所需规格的AC220V供电电源或DC 24V电源
4；
2)无纸记录仪2根据需要用设定地气监测所需的时间间隔,如10min, 30 min等可任意设置；
3)大气压力变送器I除一台置于地表20 cm上监测大气压外，其它(根据实际需要可增加)大气压力变送器I分别埋设于不同区域、不同深度的包气带土壤内。埋设前，需要在无风环境下对大气压力变送器I进行同一海拔高度的统一标定；大气压力变送器I埋入时，要根据监测的目的确定埋设的深度，一般为垂直方向，当然也可根据需要横向埋设。仪器埋设时，需要事先挖坑，在欲监测深度的坑壁上开挖小洞，以刚好放置大气压力变送器I为好，回填后土壤要密实，确保回填土壤在大气压力变送器I间踩踏龇实，以不封堵变送器探测孔为宜；
4)无纸记录仪2通道接口通过数据线3与地面上I个大气压力变送器I连接外，其它分别与土壤(包气带)中大气压力变送器I并联连接；
5)大气压力变送器I所感应的电信号由数据线3传输到无纸记录仪2处理存储。用U盘在UBS接口下载数据，计算机进行数据分析。埋入土壤中大气压力变送器1，测量数据虽然为包气带土壤的真实气压值，但下载后需要以地表地气压值为基值，通过计算机EXCEL进行数据处理，在排除大气压的影响下显示土壤内不同区域的气压相对值，从而清晰显示不同区域的相对压差，准确判断地气的运移方向。地气运移符合气体运移的基本原理，即从气压高处向气压低处运移，根据相对气压的高低，从而确定地气的运移方向。
[0019]下面，本发明以莫高窟戈壁2012?2013年O?2.0 m 土壤的实际安装及监测结果为例，对监测结果及地气运移、判读及表达意义进行具体说明(图2—图5):
莫高窟戈壁O?2.0 m地气压的监测，首先，对埋设的大气压力变送器进行统一的标定。本发实施例选用的大气压力变送器(HD9408T，意大利DeltaOHM公司生产，其测量范围:600?1100 mBar ;过载:2 bar ;精度:±0.4 mbar ;输出:4?20 mA ;工作温度:-30?+60°C)。然后，在地表20 cm安装I台大气压力变送器1，另外在地下20、50、100、200 cm处分别各埋设I台大气压力变送器I与无纸记录仪2通道接口连接(如图1所示，图1地下只标出了 2个)。无纸记录仪2连通AC 220V电源4,无纸记录仪设定10 min记录一次。经过全年的连续监测，发现土壤内的地气压存在稳定周期性(季节性)的交替。在冬季实际气压的监测结果如图2，地下200 cm处气压高于地上大气压及浅层，说明有深层地气向浅层地表运移；夏季的实测结果如图4，地下200 cm处明显低于地表及浅层，说明浅层的地气向深层运移。为了更加清晰的研究土壤内的地气压的变化及内在规律，在排除大气压的影响下，即地气压减去地面大气压，结果如图3和图5，非常清晰的表达了地气在土壤层内的运移方向。同时，地气差呈现出稳定的日周期性波动，这对研究地气周期性变化非常重要。
[0020]在莫高窟所监测的地气压变化相对变化量(图2—图5)为3?5 hPa，根据发明者对不同时期地下土壤内温度和空气相对湿度的监测及干旱区土壤水分的研究，其具体含义为:这3?5 hPa的地气压变化主要是由水汽压变化引起的。夏季在温度作用下围岩土壤水分分解，水汽压增大，浅层水汽向下、向洞窟运移；冬季，温度下降，围岩土壤吸湿吸附水分。此时，地层越浅温度越低，水汽压也越低，地下水汽向上运移。对于洞窟，冬季主要来源于深层地下水。图2—图5清晰的显示了水汽的年变化与运移方向，为洞窟水分的主动预防提供了根本性的指导。当然，本发明不仅局限于干旱区土壤水分的应用。由于地气构成成分复杂，在不同区域有不同的构成成分。本发明同样可用于油气田和潜伏矿物区的地气监测；也可用于深部地气压，如地震、火山带地气压的监测，为生产和科学研究提供技术与探测设备上的支持。
【主权项】
1.一种地气压监测装置，是由大气压力变送器(I)、无纸记录仪(2)和数据线(3)和电源(4)组成，其特征大气压力变送器(I)除一台保留在地表上监测大气压外，其它各台大气压力变送器(I)都埋设于的包气带土壤内，无纸记录仪(2)通过数据传输线(3)分别与大气压力变送器(I)连接，无纸记录仪(2 )通过电线与电源(4 )连接。
【专利摘要】本发明公开了一种地气压监测装置的构成、使用安装及判读的方法，它是由大气压力变送器、无纸记录仪、数据传输线和电源组成。大气压力变送器除一个保留在地表上监测大气压外，其它都埋设于包气带土壤内；无纸记录仪通过数据传输线分别与大气压力变送器连接，并通过数据传输线与电源连接。本发明可长期监测地气压的变化，为文物保护、科学研究和勘探生产等提供技术与设备支撑。
【IPC分类】G01L9-06
【公开号】CN104807588
【申请号】CN201410038500
【发明人】李红寿, 汪万福, 詹鸿涛, 邱飞
【申请人】敦煌研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月27日