免维护固体不极化电极 Pb-PbCl2 /Cu-CuSO4/Ag-AgCl

超低噪声、便携、防水耐磨、寿命长. 

本人王辉，本科就读于中国地质大学（北京）测控技术与仪器专业，硕博就读于地球物理学专业，2014年7月获地球物理学专业理学博士学位，现工作于中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院。从2008年开始，本人一直从事不极化电极的研究工作，潜心研究了电极极差的基本原理、电极极差的变化规律、电极制作工艺及电极性能对野外测量的影响，解决了电极极差大、极差不稳定、电极漏液、不易寿命短等一系列问题，发表多篇相关论文，具体请查看本人已发表论文（https://dcxy.cumtb.edu.cn/info/1012/1646.htm），如不能下载，请联系本人。

以下为研制过程中试制的电极和测试：

5.电极的使用及维护

(1) 野外电极不用时，将电极底部洗干净，用饱和盐水沾湿海绵，将橡皮套套在电极底部即可！

(2)如电极长时间不用时，应每隔一个月检查海绵是否还有盐水，若海绵干涸，则需要再用饱和盐水沾湿海绵

(3)电极不用时，就用橡皮套套上电极底部，否则时间长了，电极内部电极质脱水，将彻底损坏电极，无法修复！

（1）什么是不极化电极？

   答：不极化电极是利用金属-金属盐电极质制作而成的电极，由于电解质稳定，金属与电解质接触的电位可以长时间保持稳定，所以两个电极之间的极差可以很小，且能够长时间稳定，目前常用的有Cu-CuSO4电极、Pb-PbCl2电极，Ag-AgCl电极，Cu-CuSO4电极极差较大，本电极是Pb-PbCl2不极化电极，极差小，稳定时间长。

（2）为什么要用不极化电极？

   答：仪器测量的电场包括电场信号、电极自身噪声（极差）和仪器噪声，电极极差大小及稳定性会直接影响测量地电场的精度，实验表明对于频率低于10Hz的电场测量，需要采用不极化电极，高频电场可以采用金属电极，不需要不极化电极，如EH4。对于IP、MT，CSAMT等方法需要采用不极化电极。

（3）如何挑选电极？

   答：根据相关规范，要求一对电极极差小于1mv。但实际我们仍然无法判断电极埋入地下后极差的变化，因此需要对电极进行长时间观测，特别是对MT/LMT而言，电极对低频具有决定性的影响。

（4）本店电极的优点有哪些？

   答：本电极极差小，任意两个电极之间极差小于0.2mv，极差稳定，野外无需配对，本电极是国内首个全防水电极，可以在南方水田、湿地、沙漠等地使用。电极尺寸小，携带方便，寿命长。

（5）本店电极尺寸这么小，会不会影响接地？影响地电场信号的传递？

   答：电极极差是影响电场信号采集的关键，在接地电阻不大于行业规范2K欧姆的情况下，对电场采集没有影响，具体可以参考文以下参考文献。本电极普通电极与超小电极内阻约为100欧姆，与传统电极并无明显区别，长周期电极约200欧姆。电极埋入地下后，接地电阻主要与周围环境有关，与电极本身尺寸并无太大关系，深挖电极坑、加入盐水可以大大降低接地电阻。实践证明，本店电极与传统电极MT测深曲线高频部分基本一致，而视电阻率与相位曲线低频好于传统电极，说明本店电极性能优于传统电极。

参考文献：

[1]杨轮凯, 张永富, 叶景艳,等. 接地电阻对MT采集数据影响分析及试验. 工程地球物理学报, 2017(5）

[2]汤井田, 胡双贵, 肖晓. 接地电阻稳定性对音频大地电磁法测量的影响. 物探化探计算技术, 2015, 037(005):547-551.

[3]王辉,叶高峰,魏文博, Pb-PbCl2不极化电极的设计与实现,地震地磁观测与研究, 2010, 31(3): 115-120.

[4]王辉, 叶高峰, 魏文博, 金胜, 张巍, 大地电磁测深中大地电场的高精度采集技术,地球物理学进展, 2013, 28(3): 1199-1207.

6. 本人研制电极简介

8.其他服务

本人还长期专注于研究如何提高地电场的高精度测量方法，具体包括不极化电极、电极使用方法、特殊地形中地电场的高精度采集技术、天然电磁场的高精度去噪技术，以及数据处理方法等。凡购买电极，免费提供以上技术咨询服务。

已发表论文 :

[1]王辉,付书计，葛帅寅 等，2022.免维护超低噪声固体不极化电极的研制与性能测试. 物探与化探. 46(3)

[2]王辉,叶高峰,魏文博, Pb-PbCl2不极化电极的设计与实现,地震地磁观测与研究, 2010, 31(3): 115-120.

[3]王辉,马方圆,程久龙,朱国维,罗景程,姚郁松. 利用大地电磁站间阻抗估算磁暴引起的大地电场.地球物理学报，2020,63(7).

[4]Wang H.,Egbert G.,Cheng J.Yao Y. Array Analysis of Magnetic and Electric Field Observatories in China: Estimation of Magnetotelluric Impedances at Very Long Periods: Geophysical Journal International. 2020,222(1):305-326

[5]王辉，程久龙，姚郁松，罗景程，魏文博. 2019. 基于站间天然电磁场单位脉冲响应的大地电磁时间序列去噪方法. 地球物理学报, 62(3):1057-1070

[6] Wang H,Campanyà J,Cheng J, et al. Synthesis of Natural Electric and Magnetic Time-series Using Inter-station Transfer Functions and Time-series From a Neighboring Site (STIN): Applications for Processing MT Data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,2017, 122(8), 5835-5851

[7]王辉, 姚郁松, 许滔滔, 章子安，魏文博. 2019. 利用地磁台站数据和站间传递函数估算长周期大地电磁测深的本地阻抗.地球物理学进展,34(1):200-207.

[8]王辉,程久龙,腾星智,魏文博,金胜,叶高峰,李波.矿区近场源噪声对大地电磁测深数据的影响及其压制方法.地球物理学进展, 2016, 31(3): 428-436.

[9]王辉，许滔滔，罗景程，曾雅俊，魏文博．基于地磁台网数据的长周期大地电磁数据远参考处理．地球物理学进展，2018,33(6):2270-2277.

[10]王辉,魏文博,金胜,叶高峰,景建恩,张乐天,董浩,李波,谢成良,基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声处理,地球物理学报, 2014, 57(2): 531-545.

[11]王辉, 叶高峰, 魏文博, 金胜, 张巍, 大地电磁测深中大地电场的高精度采集技术,地球物理学进展, 2013, 28(3): 1199-1207. [10]

1.电极性能参数

2.电极对比测试（数据均由用户提供）

③ LMT对比，同一测点，V5采集3天，ssmt自动编辑后视电阻率与相位结果，自主研发电极（右图）采集的数据在死频带（0.1-1Hz）和低频明显好于传统电极（左图），周期大于1000s以后视电阻率曲线和相位更连续、误差棒更小，本地电极大大提高了低频数据质量。注意：这个测点死频带具有明显的近场源效应（视电阻率45°直线上升，相位趋于0和180°），而我们的电极采集的数据受干扰明显小很多。

电极特点：

无需配对：任意两个电极极差小于0.5mv

无需“泡电极”：摘下橡胶套野外即可使用

无需维护：不用时套上橡胶套即可

全防水：南方稻田、湿地等可以使用

超轻便：直径2.5-3.5cm,长度9-26cm

极低温度系数：只有国内外同类电极的1%~10%

两个电极内阻：分别约为100~300Ω

固体Pb-PbCl2电极，电极不漏液、极差稳定，引线防氧化，耐用

IP/AMT/CSAMT/SP/等观测不超过1 小时，建议超小电极 

AMT/SP/MT等观测不超过1天，建议普通电极

MT/LMT等观测超过1天，建议长周期电极

LMT等观测超过1星期，建议超长周期电极

大坝自然电位等连续观测超过1个月，建议长效参比电极

5.电极科普

7. 电极应用实例

阵列式多点自然电位测量，要求任意两个电极之间极差都小于0.2mv，传统电极无法满足，自主研制电极可以精确测量地下的自然电位

多点激发极化测量，要求任意两个电极之间极差都小于0.2mv，传统电极无法满足，自主研制电极可以精确测量地下的极化电位

 电极

 电极

大地电磁观测，建议将电极全部掩埋，自主研制电极低频噪声小，可以有效提高死频带和低频数据质量

音频大地电磁观测，只需将电极底部与土壤接触，自主研制电极低频噪声小，可以有效提高死频带频数据质量

9. 联系方式: 王辉 18911302612（微信同号） wanghui@cumtb.edu.cn

②在湖南某地，测点噪声较大，MT对不同电极进行对比，同一测点，V5采集1天，ssmt自动编辑后视电阻率与相位结果，自主研发电极（右图）采集的数据在低频明显好于传统电极（左图），1000s以后视电阻率曲线和相位更连续、误差棒更小

3.电极的野外使用

4.电极如何维护、保存？

由于我们的最新电极具有极差小、极差超稳定、温度系数低等特点，有利于提高对地电场的采集精度，以下是三个野外对比的结果，数据均由用户提供，所有数据均由凤凰公司的V5或V8大地电磁仪采集，数据采用SSMT2000处理，利用MTEDIT自动编辑得到。

相比其他电极，我们的电极可以明显提高MT数据在死频带和低频的数据质量，这是因为死频带电场信号很弱，而其他电极低频电极噪声的干扰越来越大导致的（请看电极噪声测试页面）。

 ①在新疆某地进行MT对比，同一测点，V5采集1天，ssmt自动编辑后视电阻率与相位结果，自主研发电极（右图）采集的数据在死频带（0.1-1Hz）和低频（<0.001Hz）明显好于传统电极（左图）。

2.3 宽频大地电磁（MT）

2.5  超长周期大地电磁测试（VLMT）

超长周期大地电磁需要深埋电极，此处1.5m

•（2）2019年11月-2020年11月，在天津静海进行超长周期大地电磁数据采集实验，由于电极极差稳定，温度系数低，获得的有效数据最长周期达到了十万秒。传统电极的有效数据一般不超过1万秒，根本无法达到10万秒

(2)在新疆某地不同电极长周期MT数据对比，利用Lemi-417仪器采集9天，Lemi-417可以同步采集4个电道，其中1和2道接自主研制LEL电极，3和4道接凤凰公司PEE-5不极化电极（http://www.phoenix-geophysics.com/products/sensors/?）。自主研制电极低频数据（右图）明显要明显好于其他电极（左图），尤其是YX模式。

2.4 长周期大地电磁测深（LMT）

凤凰公司

PEE-5不极化

电极

自主研制SLEL不极化电极

2.1 盐湖底部AMT测量

由于我们的电极采用全防水设计，而且电极小巧、极差小，可以在水域地区进行地电场的高精度测量，下图是某单位在西藏某盐湖地区开展AMT测量的结果，数据采集50分钟，电阻率曲线与相位曲线没有一个跳点。

电极放入塑料管内部固定，再插入到湖底测量电场信号

西藏盐湖底部AMT测量的视电阻率与相位曲线，采用我们的EL型普通电极采集50分钟，数据有凤凰公司MTU-5A采集，采用SSMT2000处理得到

自主研制LEL不极化电极

自主研制SLEL不极化电极

自主研制EL不极化电极

自主研制EL不极化电极

自主研制SLEL不极化电极

2.2 水槽高密度激发极化测量

我们的电极小巧且防水，可以用于实验室水槽模拟实验，下图是一个水槽模拟高密度电法采集极化率的结果，采用金属电极将导致表面形成高阻假异常，无法获得铁柄的异常特征，而采用我们的不极化电极以后，铁柄的极化率特征非常明显。

电极寿命是指室温下24h内极差变化不超过1mv，电极本质上相当于一个电池，实际使用寿命与使用和维护情况密切相关。

具体参数测试请查看本人已发表论文（https://dcxy.cumtb.edu.cn/info/1012/1646.htm），如不能下载，请联系本人（王辉 18911302612）。

(3)在云南某地不同电极长周期MT数据对比，利用Lemi-417仪器采集12天，Lemi-417可以同步采集4个电道，其中E1和E2道其他同类电极，E3和E4道接自主研制SELE型超长周期电极。自主研制电极低频数据（右图）明显要明显好于其他电极（左图），尤其是XY模式，此方向电阻率非常低，电场信号很弱，传统电极低频噪声大，难以获得超过1000s的有效数据。

•（1）2021年7月，在内蒙某地进行超长周期大地电磁数据采集实验，采用Lemi连续采集45天，由于电极极差稳定，温度系数低，获得的有效数据最长周期超过四万秒。数据采用EMTF处理（Egbert,1986）

(1)在青海某地不同电极的长周期MT对比测试，同一台Lemi-417仪器采集7天，其中E3和E4道自主研制SLEL型长周期电极，E1和E2道接其他同类电极。自主研制电极低频数据（右图）明显要明显好于其他电极（左图）。数据采用EMTF（Egbert，1986）处理。

自主研制SLEL不极化电极