李太巖，馬寶君

牡丹江臺水氡觀測自動排氣系統(tǒng)的研制

李太巖，馬寶君

（牡丹江地震臺，黑龍江 牡丹江 157009）

為了提高牡丹江地震臺FD-125水氡觀測的自動化水平，減輕觀測人員工作負擔，使得排氣過程更加準確可靠，在水氡觀測中采用智能化的工業(yè)自動控制技術(shù)已勢在必行。介紹了牡丹江地震臺研制的水氡觀測自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將計算機自動控制技術(shù)應(yīng)用于水氡觀測排氣過程之中,解決了閃爍室底數(shù)不達標的問題，實現(xiàn)了降低本底過程的自動化。

水氡觀測；排氣系統(tǒng)；自動控制

0 引言

由于氡在大多數(shù)地區(qū)具有豐富的物質(zhì)來源，不同含水層不同地區(qū)又具有較大的差異性, 測試方法干擾小, 對地下應(yīng)力變化反映靈敏等特點, 故測氡成為我國水化地震前兆觀測中的主要項目[1]。

牡丹江地震臺于1975年開始水氡觀測，觀測儀器為FD-105K，2013年10月更換為FD-125射氣儀觀測。更換初期經(jīng)常因為氡本底超出規(guī)范要求而無法正常觀測，針對牡丹江臺氡本底過高的問題，筆者提出的空氣流動法和真空泵排氣法[2]均采用人工控制，為進一步提高工作效率，筆者設(shè)計了水氡觀測排氣自動控制系統(tǒng)，經(jīng)反復試驗，最終實現(xiàn)了水氡排氣工作的自動控制。

1 自動排氣系統(tǒng)原理

牡丹江地震臺設(shè)計的自動排氣系統(tǒng)是在原排氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入自動控制單元而成，自動控制單元是一個以單片微處理器為核心配合電子電路等組成的電源開關(guān)控制裝置，該裝置能以天或星期循環(huán)且多時段的控制真空泵的開閉。時間長度設(shè)定從1秒鐘至上百小時不等，且可進行多組設(shè)置，一次設(shè)定長期有效。自動控制單元的原理如圖1所示，自動控制單元可根據(jù)程序來控制真空泵的運行，從而實現(xiàn)了水氡觀測排氣系統(tǒng)的自動化。

自動排氣系統(tǒng)的連接如圖2所示，系統(tǒng)運行時，真空泵將觀測室內(nèi)氣體由進氣管抽入閃爍室，氣體在閃爍室內(nèi)部循環(huán)一周后，最后經(jīng)由排氣管排出室外。通過此排氣過程，閃爍室內(nèi)部氡氣濃度會逐漸降低。排氣時間越長，閃爍室內(nèi)部氡氣濃度越低，最終與觀測室氡氣濃度相等。

圖1 自動控制單元原理圖Fig.1 The principle diagram of the automatic control unit

圖2 自動排氣系統(tǒng)示意圖Fig.2 The schematic diagram of automatic exhaust system

2 確定控制參數(shù)

自動排氣系統(tǒng)的設(shè)計考慮以下參數(shù)（以牡丹江臺為例）：

2.1 排氣時長

《水氡觀測技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）中規(guī)定：FD-125在常壓下測本底，一次計數(shù)10分鐘，本底應(yīng)小于15脈沖/min。當日排氣時間的長短決定次日本底的大小。當日排氣時間越長，次日本底越低，反之亦然。當排氣時間足夠長，次日本底一次性通過率（小于15脈沖/ min）才能達到100%。

我們力求確定最小的排氣時間，原因有以下兩點：

（1）節(jié)約電能，延長真空泵的使用壽命；

（2）一個閃爍室在使用過程中，由于需要每天對它進行抽真空、排氣等，導致內(nèi)壁的硫化鋅（銀）涂層容易脫落，吸附灰塵等，使其粒子激發(fā)產(chǎn)生光子的能力減弱、靈敏度下降，這就是常說的閃爍室老化現(xiàn)象[3]。所以最短時間的排氣可延緩閃爍室的老化。

牡丹江地震臺水氡排氣系統(tǒng)改造前的每日總排氣時間為1h，我們以此為自動控制系統(tǒng)的排氣時長參數(shù)。

2.2 排氣開始時間

水氡觀測包括主樣觀測和副樣觀測，流程分為取樣、鼓泡、靜置、讀數(shù)、排氣、靜置至次日，讀數(shù)完畢，應(yīng)立即排氣，牡丹江地震臺每日水氡固定觀測開始時間為8:30AM±15min，10:05AM±15min讀數(shù)完畢后即可開始排氣，所以設(shè)置每日自動排氣開始時間為10:20AM較為合理。

水氡觀測讀數(shù)完畢后，需將夾緊的排氣管和進氣管松開，等待自動排氣。在此期間，閃爍室內(nèi)氡氣會擴散到觀測室中，使觀測室氡氣濃度增加，自動排氣時，觀測室中濃度較高的氣體會重新進入閃爍室，不利于次日氡本底達到規(guī)范，所以在水氡觀測讀數(shù)完畢后，應(yīng)立即進行最少1min的排氣，使閃爍室氡氣濃度快速降低。

2.3 排氣間隔的確定

長時間的排氣易導致真空泵的損壞，為延長真空泵的使用壽命，我們將排氣分為兩個階段進行，流程為10:20AM排氣系統(tǒng)啟動，10:50AM排氣系統(tǒng)關(guān)閉，11:50AM排氣系統(tǒng)啟動，12:20PM排氣系統(tǒng)關(guān)閉。

3 效果檢驗

根據(jù)第二章節(jié)所述的參數(shù)設(shè)置及操作方式，我們用M3備用閃爍室進行對比觀測實驗，每日水氡讀數(shù)完畢，對M3閃爍室人工排氣1分鐘后，進行讀數(shù)，同時將閃爍室連接至自動控制單元，10:20AM排氣系統(tǒng)自動啟動，次日對本底進行讀數(shù)。連續(xù)觀測15天，數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，應(yīng)用水氡觀測排氣自動控制系統(tǒng)對閃爍室進行排氣，次日氡本底均小于15脈沖/min，達到規(guī)范要求。

表1 M3閃爍室讀數(shù)值

4 改造前后對比

牡丹江地震臺水氡觀測排氣系統(tǒng)改造前流程為：當日水氡讀數(shù)完畢后，啟動真空泵，排氣30min后人工關(guān)閉，待真空泵散熱1h以后，再人工啟動真空泵，排氣30min后人工關(guān)閉。

排氣系統(tǒng)改造后流程為：當日水氡讀數(shù)完畢后，啟動真空泵，排氣1min后人工關(guān)閉真空泵即可。

將排氣系統(tǒng)改造前后進行對比，水氡排氣工作量統(tǒng)計如表2所示：

表2 排氣系統(tǒng)改造前后對比

5 討論

水氡自動排氣系統(tǒng)在保證次日氡本底達到規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，簡化了人工操作流程，減輕了人工操作負擔，排氣過程也更加準確可靠，實現(xiàn)了排氣過程的自動化，該系統(tǒng)自2016年7月引入牡丹江地震臺水氡觀測以來，收到了良好的效果。

[1] 張煒.水文地球化學預報地震的理論基礎(chǔ)、方法與實例[J].地震，1990，（5）：47-53.

[2] 李太巖, 馬寶君, 等. 牡丹江地震臺水氡觀測系統(tǒng)改造[J].防災減災學報，2016，31（4）：75-78.

[3] 張清秀，鄭小菁，等.測氡儀器K值使用中存在的問題討論[J].華南地震，2011，31（1）：110-115.

The Development of Mudanjiang Seismic Station Automatic Exhaust System of Water Radon Observation

LI Tai-yan，MA Bao-jun
（Mudanjiang Seismic Station, Heilongjiang Mudanjiang 157009, China）

In order to promote the automation level of Mudanjiang Seismic Station FD-125 water radon observation, reduce the workload of observers and improve the accuracy and reliability of the exhaust process. It is necessary for the seismic stations to apply the intelligent industrial automation technology to water radon observation program. This article introduces the auto-control system of the water radon observation developed by Mudanjiang Seismic Station, which applies the computer auto-control technology to the exhaust process of water radon observation. It solves the problem that the scintillation chamber background can’ t meet the requirements, and realizes the auto-control of the background reducing process.

water radon observation; exhaust system; auto-control

P315.62

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.01.007

1674-8565（2017）01-0040-04

黑龍江省地震局局內(nèi)科研項目“牡丹江地震臺水氡觀測系統(tǒng)改造”（201602） 資助

2016-11-21

2017-01-30

李太巖（1983-），男，黑龍江省哈爾濱市人，2005 年畢業(yè)于哈爾濱理工大學，本科，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測方面的工作。E-mail：270746025@qq.com