Sieci wodociągowe oraz ciepłownicze oplatają praktycznie każde miasto gęstą siecią połączeń. Ich prawidłowe funkcjonowanie jest niezbędne, abyśmy mogli korzystać z wody w gospodarstwach domowych. Niestety, podobnie jak w przypadku instalacji gazowe czy elektrycznej, także w rurach dostarczających wodę zdarzają się przecieki i awarie. Do ich wykrywania służy geofon. Jak działa to urządzenie i po co się je stosuje?
Geofon jako akustyczna metoda wykrywania przecieków
Zadaniem geofonu jest zamiana drgań akustycznych w impulsy elektryczne. Okazuje się to przydatne podczas poszukiwania wycieków wody z rur, która uchodząc pod ciśnieniem, generuje szum. Jest on przenoszony na powierzchnię ziemi, gdzie zostaje wykryty przez geofon jako drgania.
W ten sposób można precyzyjnie określić obszar roboczy dla prac ziemnych, bez potrzeby angażowania dużej ilości ludzi, ciężkiego sprzętu lub prowadzenia prac odkrywkowych na znaczną skalę. Korzystanie z metody akustycznej to znacznie oszczędności finansowe.
Jakie rodzaje szumów wyróżniamy?
W przypadku pęknięcia rury można wyróżnić dwa typy szumów: pochodzący z gruntu oraz z rurociągu.
W pierwszym przypadku szum jest generowany przez masy wody, które wydostając się z rury, uderzają o grunt. Za zbieranie tych danych odpowiedzialny jest mikrofon gruntowy połączony z komputerem sterującym. Szum gruntowy nie przenosi się na znacznie odległości.
Szum rurociągu to drgania powodowane przez wysokie ciśnienie wody wydostającej się przez pęknięcie. Mogą być one wyczuwalne na duże odległości, ponieważ drgania metalu rozchodzą się daleko.
Z czego zbudowany jest geofon i jak działa?
Samo urządzenie działa na analogicznej zasadzie jak sejsmometr, jest jednak znacznie mniejsze. W zależności od modelu może on wykrywać drgania o częstotliwości od 1 Hz do nawet 1000 Hz i więcej dla urządzeń wysokoczęstotliwościowych. W praktyce większość geofonów obsługuje częstotliwość własną od 4,5 do 40 Hz oraz częstotliwości maksymalne do maksymalnie 400 Hz.
Zazwyczaj geofony wykorzystywane przez przedsiębiorstwa skonstruowane są tak, że ruch układu drgającego odbywa się w jednym kierunku i monitorowana jest tylko jedna składowa prędkości drgania. Aby było możliwe rejestrowanie pełnego pola falowego, stosuje się tzw. geofony 3C. W ich obudowie znajdują się trzy geofony zorientowane w różnych kierunkach tak, aby pokrywać każdą płaszczyznę.
Elementami głównymi są: obudowa, masa bezwładna, magnes, sprężyny oraz kolec.
Zadaniem obudowy jest ochrona wrażliwych elementów przed działaniem czynników zewnętrznych. Zazwyczaj będzie to wilgoć i pyły. Kolec odpowiednio dużej długości pozwala dokładnie wychwytywać drgania gruntu.
W zależności od modelu, do rejestrowania drgań mogą być wykorzystywane również inne metody, jak np. metalowe płyty lub kostki, sondy rozporowe lub kotwy. Masa bezwładną może być ruchomy magnes lub cewka. Są one przymocowane do obudowy sprężynami, które umożliwiają ruch elementów we wnętrzu obudowy.
Cewka znajduje się w polu stałego magnesu. W przypadku rejestracji drgań powstaje napięcie w obrębie cewki proporcjonalne do prędkości jej ruchu.
Poszczególne modele geofonów różnią się między sobą:
- częstotliwością własną,
- czułością,
- opornością cewki,
- współczynnikiem tłumienia,
- częstotliwością maksymalną.
Po co stosuje się tłumienie w geofonie?
We wszystkich geofonach stosuje się tłumienie, które ma za zadanie ograniczenie drgań własnych poszczególnych elementów do minimum lub wręcz ich wyeliminowanie.
Najpopularniejszą metodą jest stosowania rezystora bocznikowego, który ogranicza ilość prądu przepływającego przez cewkę. Obecnie nie spotyka się już pierwotnej technologii, która polegała na zastosowaniu cieczy lepkiej mającej na celu ograniczenie drgań. Z biegiem czasu okazało się, że jego skuteczność jest silnie uzależniona od temperatury.
Gdzie stosuje się geofony?
Geofon jest niezbędnym wyposażeniem każdej firmy wodociągowej. Znajdziemy go również w firmach zajmujących się pracami geologicznymi, a nawet w dużych firmach budowlanych. Jego umiejętne stosowanie pozwala na ograniczenie kosztów naprawy awarii systemu wodociągowego do niezbędnego minimum oraz skrócenie całego procesu.
