海洋电场电极

 　　近年来,在国家海洋战略和国际化战略的支撑下，我国海洋科技迅速发展，海洋电法勘探作为研究海洋地质和勘探海洋资源的新方法之一，逐渐得到国内科学界的广泛关注。海洋电场探测电极作为该方法的核心敏感元件，该元件的灵敏度和稳定性最终决定了海洋电法勘探的实地使用效果。

 　　探测电极是海洋电场探测装置的重要核心部件，其中Ag/AgCl电极由于具有高稳定性、低自噪声的特点，而作为探测电极广泛应用在各种海洋信号探测中。

 

图1 海洋电场勘探

 

海洋电场的产生机理

 　　电场是指在一定的介质中沿着一定的方向上的电压梯度。在海洋中，海水中的电流会产生电场。因为海水中有电阻而产生电压梯度，目前所能测量到的电场频率范围从准直流电场到数千赫兹。电场海洋中的电场是有多种场源产生的，包括自然源和人造源。

 　　海洋电场的自然源包括：1）海水运动：海水的各种远动会产生不同振幅和频率的电场，且海洋中的湍流和内波也会产生电场；2）地球磁场变化：地球磁场由时变磁场和静磁场组成，地磁场的变化可以导致海水中产生电流进而产生电场；3）海底矿物质：海洋中含有大量矿物质，矿物质表面会发生电化学反应从而产生电场；4）地震：海洋中在地震的形成过程和地震过程中都会产生电场，然而地震所引起的电场产生机理尚未完全清楚；5）海洋生物活动：海洋生物活动是海洋电场的自然源中所引起的电场强度最低且区域性最小的。

 　　海洋电场中的人造源主要是由人类的各项海洋活动所产生的，包括海底管道、海洋石油勘探以及海运等。譬如人类航运中所使用的舰船，舰船是携带多种技术设备和经过复杂设计的航行器，其船体和螺旋桨与海水接触，无论是静止还是运动，其所处环境均会产生电场，舰船在海洋中所引起的电场也可称为舰船电场。舰船电场主要来源于电化学腐蚀作用、舰船被动阴极保护系统、主动阴极保护系统、航行时切割磁感线和空间磁通量变化所产生。

 

海洋电场传感器概述

 　　海洋电场传感器主要包括探测电极和信号采集及处理系统两部分，探测电极性能的好坏直接决定电场测量的效果。电场探测的原理是通过测量两探测电极之间的电位差从而间接获得电场信号，信号经过信号放大器和降噪处理之后最终将电场信号传递给信号收集装置。

 　　海洋电场同大地电场一样都是接触传播，海水是一种弱电解质，电流在海水中通过离子的运动进行传递，信号频率越低，能量衰减越小，因此，测量的海洋电场信号以低频和极低频为主。海洋中电场信号强度微弱，一般为微伏（uV）级别，且探测电极需长期放置于海洋环境中，这就要求海洋电场探测电极应具备以下性能：

 　　（1）噪声低：探测电极较低的自噪声有利于提高探测电极的分辨率和信噪比，若电极自噪声过大，会掩盖测量信号，或导致信号波形畸变。极差漂移是衡量电极用于海洋环境电场传感器探头可行性的重要指标之一，是电极灵敏度高低的重要标志。

 　　（2）抗压强度高：海下测量电极不同于陆地环境，在海下存在较大的压力。通过水深每增加10m，压力增加101kPa，所以在研制水下电极时，应当充分考虑研制电极能在承压环境下压力下稳定工作，否则电极机械强度太低容易导致电极损坏。

 　　（3）长期稳定性：水下电场传感器在海洋环境中长期使用后，由于海水中的微生物，海藻等因素的附着，以及其他复杂的海洋环境，不确定因素较多且信号采集时间长，若电极稳定性差，同样会导致探测的信号产生波动。

 　　（4）测量敏感度高：探测电极需要对低频和极低频电场信号有足够的敏感度，同时要求目标信号在电极表面的衰减较小。

 

格林泰克的海洋电场电极的优势

 　　综合水下电场信号的检测要求，格林泰克采用自主授权专利技术研制的海洋电场传感器，具有自噪声低，测量灵敏度高，同时兼顾耐用、长期性能稳定等特点。通过粉末材料烧结制备的粉压式电极工艺， 由于微观上呈微米级多孔结构，电化学界面大大增加，因为具备更优异的性能特性。烧结后的固体电极具有高强度和易于加工的特性，比传统的玻璃电极更适合海水中高压环境的监测。

1．自噪音低，灵敏度高

 　　极差电位及基飘稳定性都可在开路电位下，两电极系统测量。由于所测电场信号往往比较微弱，要求每对电场传感器极差稳定，否则有用信号就会被淹没。电化学噪声是指在电化学过程中，系统的电学状态参量（如电极电位、外测电流密度等） 随时间发生的随机的非平衡波动。这种波动来自电极传感器在使用过程中由于电极界面反应而引起的电极电位和电流的自发变化。自噪声产生于电化学系统本身，常见的由电极局部阴阳极反应活性的变化、环境温度的改变、电极表面钝化膜的破坏与修复、扩散层厚度的改变、电极表面气泡的产生等。在低频部分，基本上表现为电化学界面产生的自噪音，随着频率的增加而减小。

 　　极差电位及基飘稳定性都可在开路电位下，两电极系统测量。由于所测电场信号往往比较微弱，要求每对电场传感器极差稳定，否则有用信号就会被淹没。电化学噪声是指在电化学过程中，系统的电学状态参量（如电极电位、外测电流密度等） 随时间发生的随机的非平衡波动。这种波动来自电极传感器在使用过程中由于电极界面反应而引起的电极电位和电流的自发变化。自噪声产生于电化学系统本身，常见的由电极局部阴阳极反应活性的变化、环境温度的改变、电极表面钝化膜的破坏与修复、扩散层厚度的改变、电极表面气泡的产生等。在低频部分，基本上表现为电化学界面产生的自噪音，随着频率的增加而减小。

 　　银-氯化银（Ag/AgCl）是一种常见的参比电极材料，具有交换电流密度大，不易极化，阻抗低，电位基飘小等优点。传统的工艺采用电化学氯化或直接氯化的方法制得，但表面的 AgCl 膜容易发生磨损，进而影响电极的稳定性和使用寿命。格林泰克通过特殊工艺制作的粉末烧结电极可以大大增大电极的有效活性面积及双电层界面，使微弱信号在测量传输时，电极反应平衡也不被破坏，使电极始终保持较高的极差电位稳定性。粉末烧结特殊工艺形成微观均一、分散的银-氯化银粉体界面，有利于降低电化学自噪音。

 

图2 粉末银氯化银固体电极微米级微观多孔结构

 

2、抗压强度高且水密稳定性好

 　　根据海洋水下环境的应用特点，格林泰克研制的海洋电场电极产品从多方面入手保证产品的使用性能：

 　　（1）采用耐高压、耐腐蚀，机械性能强的封装材料，以及高强度聚四氟乙烯作为外壳材料，确保深海高压环境下无破裂损坏的问题。

 　　（2）采用银棒作为信号传输桥梁，无其他材料引入新的电化学反应界面。

 　　（3）特殊结构设计，既保证电极表面与海水环境的相对稳定，利于维持稳定的电化学性能特性，同时保证封装外壳内部与外部溶液的流通性。

 

格林泰克的海洋电场电极受到用户的一致好评

 　　格林泰克专业从事非极化电极传感器的开发与设计，自主研发设计的粉末银氯化银电极性能稳定，在极差电位，自噪音，电极基飘稳定性以及电极阻抗等多方面指标处于国际领先优势，在多家海洋、大地勘测单位中均有应用，并受到用户的一致好评。

 

 

图3-4 格林泰克海洋电场电极产品图示

 

 　　如您有海洋电场电极方面的需求，请联系格林泰克技术人员，联系人：李博士，电话15926282558。