Для опытных работ хорошо подойдет колодец коммуникации, в котором имеется внутри колодца подземный вход и выход железобетонного короба с трубами. Подходящий колодец с водяным краном рядом в г. Строитель имеется на ул 5 Августа напротив центральных ворот Храма. Возможно, подобрать другие подходящие участки с наличием воды для имитации утечки.
Вдоль трассы пробурить скважины через 1, 2, 4, 8, 16 метров от колодца. К колодцу подвести шлангом воду и лить в колодец, сохраняя один и тот же дебит и неизменное положение конца шланга на уровне труб. При устоявшемся наливе воды провести замеры прибором в скважинах по порядку, сначала удаляясь от колодца, потом приближаясь. Одновременно с замерами контролировать звук от текущей воды на слух с помощью наушников, замер проводить в течение 10…20 секунд – время отсчета зависит от амплитуды и частоты колебаний стрелки микроамперметра.
Если при измерении в наушниках возникнет посторонний звук, отличный от звука воды и повлияет на измерения, замер в этой точке повторить, следя за посторонними звуками. Для уменьшения влияния посторонних звуков с поверхности, на время измерений устье скважины желательно накрыть звукоизолирующим материалом (поролон, старый матрац, тряпки, сухая трава и т.п.).
Результаты измерений в микроамперах (мкА) при удалении и приближении, привязанные к расстоянию скважин от источника звука, записать и построить график в масштабе. Теоретически график над разрезом вдоль трассы должен выглядеть так – рис. 4.
Если в конечном итоге при наших нескольких опытных работах будут получаться графики, подобные теоретическому графику, как на рис. 4, тогда идея о возможности определять место утечки таким предложенным способом подтвердится и можно проводить исследования для реальных условий, при этом уточняя, дополняя методику, внося конструктивные изменения в измерительную схему. При измерениях соблюдать тишину!
Измерительный прибор
Состоит из скважинного прибора (СП) и наземного пульта (НП).
Скважинный прибор (СП)
Первоначально СП состоял из электретного микрофона МКЭ-3 (диапазон частот 50…15000 Гц) и микрофонного усилителя на микросхеме ВА4558. Звуковой тракт работал хорошо, а выходное напряжение этой схемы было недостаточным для стрелочного измерительного микроамперметра (ИП). Применять цифровой измеритель сигнала нецелесообразно, т.к. оператором плохо воспринимаются скачущие показания и нужно применять демпфирование.
Учитывая возможность более простого решения недостатка напряжения, добавлен усилитель мощности на микросхеме LM386. В таком варианте максимальное напряжение в измерительном тракте СП достигало 9 В. По 4-х жильному телефонному кабелю СП соединяется с наземным пультом. Принципиальная схема скважинного прибора (СП) приведена на рис. 3.
 |
В схеме использован электретный микрофон МКЭ-3 с полосой пропускания 30…15000 Гц.
Применение фильтра для наших экспериментов предварительно не столь важно, хотя попробовать использование электретного микрофона МКЭ-84 или МКЭ-389-1, у которых полосы пропускания в диапазоне 300…4000 Гц (примерно аналог фильтра А), в который, по предпосылкам, попадает частота текущей воды. Их применение, вероятно, улучшит разницу относительных значений измеряемого сигнала, отсекая фон за пределами этого диапазона.
Проэкспериментировать, сравнив микрофоны МКЭ-3 и МКЭ-84 или МКЭ-389-1!
Проэкспериментировать, с полосовым с активным RC-фильтром (рис. 4), подключив его вход к выходу микрофонного усилителя, а выход RC-фильтра – ко входу усилителя мощности (точки А и Б по схеме на рис. 3). Диапазон полосы пропускания фильтра установить несколько шире диапазона шума воды.
Наземный пульт (НП)
Принципиальная схема наземного пульта показана на рис. 5. Пульт в пластмассовом корпусе. На верхней панели пульта расположены элементы управления и настройки. Питание всего измерительного прибора 9 В от батарейки «Крона», установлена внутри пульта. Включение измерительного прибора производится клавишным выключателем S1, при этом загорается светодиод D1 и его горение свидетельствует о включенном приборе, и как напоминание при не использовании – выключить.
На панели находится гнездо J («Тлф») для подключения наушников к звуковому тракту, громкость регулируется переменным резистором R3, ось которого выведена на панель – «Рег. Громк.».
На панели расположен стрелочный микроамперметр со шкалой 50 мкА. Перед измерением движковый переключатель SA1 установливается в положение «УКС» (условно-калибровочный сигнал»), при этом звук в наушниках исчезает. Регулятором «Точно» устанавливается стрелка микроамперметра на 50 мкА. Установить движковый переключатель в положение «Измер.», при этом в наушниках появится звук и по микроамперметру произвести отсчет. После замера произвести контроль от «УКС», микроамперметр должен также показать 50 мкА ± 0,5 мкА.
Подстроечный резистор R4 предназначен для установки условно-калибровочного сигнала («УКС»), величиной, чуть большей измеряемого сигнала, для того, чтобы отсчет производить на максимальных значениях шкалы. R4 установлен внутри корпуса НП и зафиксирован краской.
Наземный пульт и скважинный прибор электрически, и до 5 Н – механически постоянно соединены со скважинным прибором телефонным кабелем длиной 5 м.
Бурение скважин
Для бурения использовать покупной бур диаметром 100 мм (600 руб. в интернет-магазине). Можно изготовить самодельный бур диаметром 60…70 мм (малым диаметром легче бурить). Конструкции самодельных буров и ножей приведены на рис. 6, шнек необязателен, чаще поднимать. Для самостоятельного изготовления бура не требуется ни замысловатый инструмент, ни дорогостоящий материал.
Для исключения прихвата скважинного прибора при вывалах камней, осыпания грунта из стенок скважины, можно предусмотреть извлекаемую обсадную трубу на время замера.
На подобные случаи вместо обсадной трубы СП поместить в прочный охранный кожух с петлей и тросом на верхней части и извлекать из скважины за трос, можно даже краном.
Начальные опыты
Таковые проводились в помещении 10 м2 с использованием крана с раковиной, вода с разными дебитами (Q) текла в наполненную водой тарелку. Частота звука (ν) грубо измерялась осциллографом DSO-38. Измерения с выхода УНЧ производились стрелочным прибором Ц4354. Результаты следующие:
Q = 0,0133 л/с
0,05 м – 70 мВ; 1,0 м – 12 мВ; 2,0 м – 2,5 мВ; 3 м – 0,5 мВ.
Увеличен коэффициент усиления УНЧ и Q, остальное неизменно.
Q = 0,04 л/с
0,05 м –6 В; 1,0 м – 2 В; 2,0 м 0,6 В; 3,0 м – 0,2 мВ.
Выводы:
1. Увеличить величину С1 НП – демпфирующего изм. прибор?
2. Т.к. кривая графика намного круче, чем теоретическая, предусмотреть отсчет показаний в двух масштабах: 1:1 и 1:2.
Активный полосовой фильтр не нужен!
Как видно из результатов опыта – они обнадеживают.