牡丹江台水氡观测自动排气系统的研制

李太岩，马宝君

牡丹江台水氡观测自动排气系统的研制

李太岩，马宝君

（牡丹江地震台，黑龙江 牡丹江 157009）

为了提高牡丹江地震台FD-125水氡观测的自动化水平，减轻观测人员工作负担，使得排气过程更加准确可靠，在水氡观测中采用智能化的工业自动控制技术已势在必行。介绍了牡丹江地震台研制的水氡观测自动控制系统，该系统将计算机自动控制技术应用于水氡观测排气过程之中,解决了闪烁室底数不达标的问题，实现了降低本底过程的自动化。

水氡观测；排气系统；自动控制

0 引言

由于氡在大多数地区具有丰富的物质来源，不同含水层不同地区又具有较大的差异性, 测试方法干扰小, 对地下应力变化反映灵敏等特点, 故测氡成为我国水化地震前兆观测中的主要项目[1]。

牡丹江地震台于1975年开始水氡观测，观测仪器为FD-105K，2013年10月更换为FD-125射气仪观测。更换初期经常因为氡本底超出规范要求而无法正常观测，针对牡丹江台氡本底过高的问题，笔者提出的空气流动法和真空泵排气法[2]均采用人工控制，为进一步提高工作效率，笔者设计了水氡观测排气自动控制系统，经反复试验，最终实现了水氡排气工作的自动控制。

1 自动排气系统原理

牡丹江地震台设计的自动排气系统是在原排气系统的基础上引入自动控制单元而成，自动控制单元是一个以单片微处理器为核心配合电子电路等组成的电源开关控制装置，该装置能以天或星期循环且多时段的控制真空泵的开闭。时间长度设定从1秒钟至上百小时不等，且可进行多组设置，一次设定长期有效。自动控制单元的原理如图1所示，自动控制单元可根据程序来控制真空泵的运行，从而实现了水氡观测排气系统的自动化。

自动排气系统的连接如图2所示，系统运行时，真空泵将观测室内气体由进气管抽入闪烁室，气体在闪烁室内部循环一周后，最后经由排气管排出室外。通过此排气过程，闪烁室内部氡气浓度会逐渐降低。排气时间越长，闪烁室内部氡气浓度越低，最终与观测室氡气浓度相等。

图1 自动控制单元原理图Fig.1 The principle diagram of the automatic control unit

图2 自动排气系统示意图Fig.2 The schematic diagram of automatic exhaust system

2 确定控制参数

自动排气系统的设计考虑以下参数（以牡丹江台为例）：

2.1 排气时长

《水氡观测技术规范》（以下简称规范）中规定：FD-125在常压下测本底，一次计数10分钟，本底应小于15脉冲/min。当日排气时间的长短决定次日本底的大小。当日排气时间越长，次日本底越低，反之亦然。当排气时间足够长，次日本底一次性通过率（小于15脉冲/ min）才能达到100%。

我们力求确定最小的排气时间，原因有以下两点：

（1）节约电能，延长真空泵的使用寿命；

（2）一个闪烁室在使用过程中，由于需要每天对它进行抽真空、排气等，导致内壁的硫化锌（银）涂层容易脱落，吸附灰尘等，使其粒子激发产生光子的能力减弱、灵敏度下降，这就是常说的闪烁室老化现象[3]。所以最短时间的排气可延缓闪烁室的老化。

牡丹江地震台水氡排气系统改造前的每日总排气时间为1h，我们以此为自动控制系统的排气时长参数。

2.2 排气开始时间

水氡观测包括主样观测和副样观测，流程分为取样、鼓泡、静置、读数、排气、静置至次日，读数完毕，应立即排气，牡丹江地震台每日水氡固定观测开始时间为8:30AM±15min，10:05AM±15min读数完毕后即可开始排气，所以设置每日自动排气开始时间为10:20AM较为合理。

水氡观测读数完毕后，需将夹紧的排气管和进气管松开，等待自动排气。在此期间，闪烁室内氡气会扩散到观测室中，使观测室氡气浓度增加，自动排气时，观测室中浓度较高的气体会重新进入闪烁室，不利于次日氡本底达到规范，所以在水氡观测读数完毕后，应立即进行最少1min的排气，使闪烁室氡气浓度快速降低。

2.3 排气间隔的确定

长时间的排气易导致真空泵的损坏，为延长真空泵的使用寿命，我们将排气分为两个阶段进行，流程为10:20AM排气系统启动，10:50AM排气系统关闭，11:50AM排气系统启动，12:20PM排气系统关闭。

3 效果检验

根据第二章节所述的参数设置及操作方式，我们用M3备用闪烁室进行对比观测实验，每日水氡读数完毕，对M3闪烁室人工排气1分钟后，进行读数，同时将闪烁室连接至自动控制单元，10:20AM排气系统自动启动，次日对本底进行读数。连续观测15天，数据如表1所示。

从表1可以看出，应用水氡观测排气自动控制系统对闪烁室进行排气，次日氡本底均小于15脉冲/min，达到规范要求。

表1 M3闪烁室读数值

4 改造前后对比

牡丹江地震台水氡观测排气系统改造前流程为：当日水氡读数完毕后，启动真空泵，排气30min后人工关闭，待真空泵散热1h以后，再人工启动真空泵，排气30min后人工关闭。

排气系统改造后流程为：当日水氡读数完毕后，启动真空泵，排气1min后人工关闭真空泵即可。

将排气系统改造前后进行对比，水氡排气工作量统计如表2所示：

表2 排气系统改造前后对比

5 讨论

水氡自动排气系统在保证次日氡本底达到规范要求的基础上，简化了人工操作流程，减轻了人工操作负担，排气过程也更加准确可靠，实现了排气过程的自动化，该系统自2016年7月引入牡丹江地震台水氡观测以来，收到了良好的效果。

[1] 张炜.水文地球化学预报地震的理论基础、方法与实例[J].地震，1990，（5）：47-53.

[2] 李太岩, 马宝君, 等. 牡丹江地震台水氡观测系统改造[J].防灾减灾学报，2016，31（4）：75-78.

[3] 张清秀，郑小菁，等.测氡仪器K值使用中存在的问题讨论[J].华南地震，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

黑龙江省地震局局内科研项目“牡丹江地震台水氡观测系统改造”（201602） 资助

2016-11-21

2017-01-30

李太岩（1983-），男，黑龙江省哈尔滨市人，2005 年毕业于哈尔滨理工大学，本科，助理工程师，现主要从事地震监测方面的工作。E-mail：270746025@qq.com