Использование измерительной системы ALMEMO в системах сбора геофизической информации при модернизации сети станций мониторинга почвенных газов Камчатского филиала Геофизической службы РАН

В век бурного развития, как регистрирующей аппаратуры, так и телекоммуникационных связей, происходит непрерывная модернизация и совершенствование систем сбора геофизической информации. В современных программно-аппаратных комплексах для регистрации много параметрических систем в условиях автономности необходима комплектация аппаратурных блоков с возможностью их работы, как в автономном режиме, так и с передачей данных по радиотелеметрическим каналам. В настоящее время сети мониторинга почвенных газов комплектуются универсальной унифицированной аппаратурой ALMEMO фирмы Ahlborn с возможностью удаленного управления, синхронизацией системного времени и получением оперативной информации о содержании почвенных газов в реальном времени по каналам сети GSM. Модернизация сети дает возможность обрабатывать информацию в режиме реального времени, что повышает оперативность выделения предвестниковых аномалий и эффективность прогнозирования сильных сейсмических событий района Южной Камчатки с М > 5.5.

Описание аппаратурного комплекса для регистрации почвенных газов

Основными устройствами для накопления информации о концентрации почвенных газов в пунктах мониторинга являются регистрирующие устройства ALMEMO 2690-8А. Они оборудованы системой интеллектуальных коннекторов, позволяющих подключать датчики, регистрирующие более 65 различных параметров.

Регистрирующие устройства ALMEMO имеют от 4 до 8 изолированных измерительных входов, часы реального времени и емкость встроенной памяти 512 кБ. Память может быть расширена с помощью внешнего модуля с использованием карт памяти формата microSD.

Смотреть в каталоге


Добавить к заказу


Два выходных разъема позволяют подключить любой выходной модуль ALMEMO, например, аналоговый выход, цифровой интерфейс, триггерный вход или контакты сигнализации. Несколько регистрирующих устройств могут быть объединены в сеть с использованием специального сетевого кабеля. Для синхронизации ALMEMO с ПК прилагается специальная программа под названием AMR control, которая дает возможность управлять регистрирующим устройством, импортировать измеренные данные в различных форматах, а так же осуществлять настройку прибора и запись данных прямо на ПК. Потребляемый ток в режиме измерений с подключенным датчиком углекислого газа составляет в среднем 260 mA. Напряжение питания 7-13 В постоянного тока.

Все данные, получаемые и накапливаемые регистраторами ALMEMO, являются хорошо детализированными. Это связано с возможностью регистратора задавать время дискретизации от одной секунды до десятков часов и сравнительно большим объемом долговременной энергонезависимой памяти для хранения данных.

Датчик углекислого газа

Используемый датчик углекислого газа фирмы Ahlborn (FYA600CO2Н) представляет собой компактное устройство для мобильного и стационарного применения. Работа датчика основана на принципе двухканального инфракрасного поглощения. Диапазон измерений составляет от 0 до 10 000 ppm. При нормальных условиях точность измерения концентрации СО2 от 0 до 5000 ppm ±(50 ppm + 2% от измеренной величины), а от 5000 до 10 000 ppm ±(100 ppm + 3% от измеренной величины). Нормальными условиями работы датчика являются температура 22 ±2 °C и влажность не более 50%. Разрешающая способность датчика один ppm. Измерять величину углекислого газа можно при температуре окружающего воздуха от 0 до +50 °C и влажности от 0 до 90%. Для своей работы датчик требует источника напряжения от 6,5 до 12 вольт постоянного тока и может быть запитан от регистратора ALMEMO. Энергопотребление датчика ~ 40 мA. Датчик подключается к регистрирующему устройству с помощью кабеля длиной 1,5 м, но может быть применен удлинитель до 5 м.

Водородный геофизический сигнализатор

Водородный геофизический сигнализатор ВСГ-02 предназначен для непрерывных наблюдений за вариациями концентрации водорода в почвенном воздухе. Он состоит из чувствительного элемента (ЧЭ), первичного электронного преобразователя (ПП) и электронного блока включения сеансного режима работы. Для проведения измерений блок ПП вместе с ЧЭ помещаются в скважину или шурф. Отбор анализируемой воздушной пробы на ЧЭ происходит диффузионно. Блок ПП преобразует изменения электроемкости ЧЭ под действием вариаций концентрации Н2 в напряжение.
Диапазон измеряемых концентраций водорода в воздухе лежит в пределах 0.5-50 ppm. Разрешающая способность 0.5 ppm. Относительная погрешность измерений не превышает 20%. Потребляемый ток в режиме измерений составляет 120 мА. Напряжение питания 12 В постоянного тока. Водородный геофизический сигнализатор подключается к прибору ALMEMO с помощью коннектора марки ZA 9600-FS3V12.

Датчик температуры ZA-9020-FS

В качестве датчика температуры используется термопара ALMEMO (NiCr-Ni) тип К. Диапазон измерений температуры лежит в пределах от -200 °C до 1370 °C. Разрешающая способность 0.1 C.

Регистраторы ? — излучения – ВМ-4, ВМ-2

Эти регистраторы, разработанные и изготовленные в лаборатории акустического и радонового мониторинга Камчатского филиала Геофизической службы РАН, предназначены для регистрации ? — излучения при распаде 222Rn и его короткоживущих продуктов с помощью газоразрядных счетчиков СБМ-19 или СТС-5. Отдельные кванты ионизирующего излучения в виде преобразованных регистратором ВМ-2 (ВМ-4) импульсов подаются на регистрирующее устройство ALMEMO, через коннектор ZA 9909-AK2U, позволяющий регистрировать до 65000 импульсов в секунду.
Регистрация количества импульсов, отсчет времени и запись данных в модуль памяти происходит на приборе ALMEMO. Потребляемый ток в режиме измерений составляет 10 мА. Питание радиометра осуществляется от аккумуляторной батареи или любого источника питания постоянного тока напряжением +12 В.

Модернизация пунктов мониторинга почвенных газов

geo300

В настоящее время удаленные пункты мониторинга почвенных газов оснащаются оборудованием, позволяющим получать данные в режиме реального времени. С помощью модема ALMEMO ZA1709-GSM регистрирующие устройства ALMEMO могут передавать информацию по сети GSM. Этот модем представляет собой компактное устройство для мобильного и стационарного применения. Для управления модемом используется набор AT-Hayes команд для GSM (ETSI стандарт для GSM 07.07/07.05). Скорость передачи данных 9600 бод. Интерфейс подключения RS232 c использованием девятиконтактного SUB-D разъема ALMEMO. Для своей работы модем требует источника напряжения от 11 до 31 В постоянного тока. Энергопотребление модема в режиме передачи данных 325 мA, в режиме ожидания 47 мA. Диапазон рабочих температур от –20 до +70 °С. Для работы модема требуется sim-карта GSM-стандарта любого сотового оператора, представленного в регионе и наличие покрытия беспроводной сетью оператора в районе расположения пункта регистрации почвенных газов. В центре обработки данных с помощью аналогичного модема, подключенного к персональному компьютеру, можно принимать и сохранять информацию, управлять устройством ALMEMO, синхронизировать его внутренние часы.
Стационарные пункты, на которых есть наземное телефонное соединение, и имеется возможность подключения DSL, могут быть оборудованы Ethernet соединением ALMEMO с помощью кабеля ZA 1945-DK. Данный кабель предназначен для подключения устройства ALMEMO непосредственно к компьютерной сети Ethernet. Связь с устройством может быть осуществлена с помощью технологии aDSL (A – Asymmetric – ассиметричная цифровая пользовательская линия), используемой в традиционных телефонных сетях общего пользования (PSTN – Public Switched Telephone Network). С помощью такого соединения возможно удаленное управление устройством, синхронизация времени на всех устройствах и получение данных в режиме реального времени. Преимущество такого способа связи заключается в более надежном и помехоустойчивом соединении, но оно не может быть использовано при отсутствии наземных телефонных линий.

Заключение

На Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне, в пунктах мониторинга почвенных газов, в 2012 году выполнялась модернизация приборной базы. Устаревшие радиометры «РЕВАР» заменены на комплексы для регистрации концентрации почвенных газов на базе аппаратуры фирмы ALMEMO. Комплекс позволяет вести регистрацию концентрации почвенного 222Rn по ?– излучению, а также регистрировать концентрацию молекулярного водорода с помощью водородного сигнализатора геофизического (ВСГ) и метеорологические величины. За несколько лет эксплуатации комплексы показали высокую надежность при работе в среде с высокой влажностью.
Регистрирующие приборы ALMEMO позволяют регистрировать одновременно различные параметры (количество импульсов, концентрацию СО2 и Н2, атмосферное давление и температуру) и имеют возможность передачи информации в обрабатывающий центр в режиме реального времени (на пункты КРМ и ПРТ). Разнообразие датчиков и полученные с их помощью комплексные данные дают возможность более глубоко понять динамику процесса массопереноса геогаза в рыхлых пористых отложениях и выявить механизмы перестройки свойств пористой среды, состояние которой влияет на массоперенос. Результатами исследований, проводимых с помощью автоматизированных комплексов, стали более глубокое понимание процессов, происходящих в земной коре, выявление аномалий, способных выступать в качестве надежных краткосрочных предвестников, что должно существенно повысить эффективность прогноза сильных землетрясений Южной Камчатки.

Источник: УДК 550.8.08+550.343.6. Камчатский филиал Геофизической службы РАН, г. Петропавловск-Камчатский, ice@emsd.ru. Макаров Е.О., Фирстов П.П. Развитие и модернизация сети станций мониторинга почвенных газов.

Поделиться:

Также по теме: