Що таке геофон, коли та де він використовувався

Легкі, точні, все частіше оснащені кольоровими дисплеями і які з кожним роком "обростають" цілим розсипом корисних додаткових функцій, вимірювальні прилади давно увійшли в наше життя, будучи інструментами не тільки для обраних – електриків або радіотелемеханіків.
Якщо цифрові мультиметри є майже в кожному будинку, хоча б для того, щоб перевірити напругу в мережі, то такі специфічні прилади як віброметри, мало хто бачив і тим більше використовував на практиці. Хоча судячи по складній назві, можна здогадатися, що цей апарат призначений для вимірювання вібрації.

А це завдання надзвичайної важливості. Наведемо 1 приклад. Коли на літак ставиться новий двигун або відремонтований, в обов'язковому порядку проводиться контроль рівня вібрації на різних оборотах (при потужності 20,50,70%). В іншому випадку, якщо вібрація вище норми, двигун в повітрі просто розвалиться.

Сучасний віброметр приємно взяти в руку і з ним комфортно працювати.

Але його далекий “аналоговий” предок отримав бойове хрещення ще на полях Першої Світової війни, більш ніж століття тому.
Звичайно ніяких транзисторів і мікросхем тоді і в помині не було. Та й не виводив він ніякі цифри. Але свою справу виконував на відмінно - вимірюючи вібрацію ґрунту. Причому зробити це потрібно було дуже точно. Більш того, необхідно було визначити і відстань до об'єкта, що викликав поштовхи. Як це робилося і для чого?

Що таке геофон

До 1914-1915 р.р. під час першої світової війни, німці та англійці, що знаходяться в окопах, проводили місяці безперервно в грязі, антисанітарії, і на пронизливому вітрі. Потужна ешелонована оборона кожної зі сторін приводила до того, що атакувати в лобову було в буквальному сенсі смерті подібно. Будуть втрачені сотні і тисячі солдатів і не факт, що вдасться пробити лінію оборону. Потрібні були інші, нестандартні ходи.
Рішення було знайдено – рити підкопи під траншеями противника, і закладати там міни. Вибухи проводилися перед самою атакою, коли противник зляканий, дезорієнтований після вибуху і можна зім'яти його пошкоджену оборону, просунувшись вперед на заданій ділянці.

Перші підкопи стали робити німці. А в 1916 році вже і англійці щосили використовували цей метод “підземної війни”. Міни створювали страхітливий ефект. Діаметр воронок після вибуху досягав 80-ти метрів. Гинули сотні солдатів.
Як з'ясувати, що до окопів наближаються шахтарі – мінери? Між іншим в мінери в ті часи дійсно брали шахтарів, оскільки їх колишній, мирний досвід під землею відігравав важливу роль і давав перевагу в порівнянні з представниками інших професій.

Зрозуміло, що копання - процес надзвичайно трудомісткий. Використовувалися тільки ручні інструменти. Вони то і виробляли шум і вібрацію. І його можна було засікти.
Найпростіше акустичне пристосування, що вловклює звуки, може зробити кожен з нас. Це металева миска. Якщо її прикласти до стіни або підлоги, є шанс почути, що говорять про нас сусіди.
Що тільки не придумували солдати, щоб виявити противника, який риє !

1. Копали яму. Туди сідала людина. І на слух визначала, звичайно з великою похибкою, точку, куди дійшли противники-прохідники. Цей метод працював тільки поблизу - на дистанції 10-20 метрів. Ризиковано.
2. Потім пристосували консервні банки, з'єднані з проводом. Банку закопували в грунт, вона уловлювала коливання і передавала на імпровізований навушник.

Хоч якесь уявлення про те, як далеко був під землею противник, можна було мати. Але! Цього мало. Адже потрібно знати ще напрям. А це завдання на порядок складніше.

Між іншим, геофони і зараз можна зустріти у колекціонерів першої світової війни.
Як він був влаштований ?

Це чутливий акустичний детектор, що сприймає мікро сейсмічні хвилі грунту.

Має 2 контактних круглих датчика, діаметром близько 10 см і товщиною 5 см кожен. Всередині був шар ртуті, між двома пластинками з слюди. До кожного датчика вели гумові трубки. Можна сказати, що геофон це гібрид віброметра і медичного стетоскопа.
Оператор рухав один диск по поверхні дна тунелю навколо іншого по дузі до тих пір, поки звук в кожному вусі не ставав однаковим по інтенсивності.
Це означало, що джерело сигналу знаходиться перпендикулярно до середини умовної лінії, що з'єднує центри двох дисків.

Залежно від характеру звуків і їх амплітуди (удари лопатою, молота), стало можливим визначати місце "тунельного противника" на відстані до 150 метрів.

При цьому чутливість геофону повинна відігравати ключову роль. Якщо відвести війська з позицій рано, щоб не було загиблих від вибуху, то противник може піти в наступ, скориставшись проломом, що утворився  в обороні. Тому слухали доти, поки не ставало ясно, що вже проводиться закладка міни, що супроводжувалося специфічними шерехами, які здатний розрізнити досвідчений слухач.
Тоді можна відходити, щоб відразу ж у повному складі без втрат повернутися на місце, після підриву і відбити атаку.
Щоб збільшити точність, можна розташувати кілька геофонів і порівняти їх дані. Приблизно так до речі працювала американська система виявлення радянських підводних човнів SOund SUrveillance System (SOSUS), що складається з акустичних антен (гідрофонів), розміщених в різних точках океану.

Якщо не працювала артилерія і було відносно тихо, геофон міг навіть засікти звук трави, яку зриває кінь, що пасеться неподалік !

Звичайно слухачам, які грали благородну попереджувальну роль, щоб врятувати життя солдатів і своєчасно виявити закладаємо міну, доводилося несолодко.

Потрібно було годинами перебувати в сирому тунелі, серед бігаючих щурів і комах, повністю відсторонюючись від усіх сторонніх звуків. Але як тільки гучний шум лопат припиняється, і починається тихе шелестіння, значить міна готова до вибуху і потрібно негайно доповідати командуванню !

P.S. Можна побачити цікаві аналогії. Нас іноді запитують - як перевірити металевий або пластмасовий відлякувач кротів?

Не в тому сенсі, чи він працює. Це саме визначити найпростіше. Як тільки вставлені батареї, відразу починаються вібрації. Вони то й поширюються під землею, дратуючи крота, змушуючи його залишити місце дислокації та вирушити геть із вашої ділянки.
Теоретично представляє інтерес, як далеко "дістають" коливання приладу. У паспорті зазначено, що це коло із радіусом приблизно 10-12 метрів.
Так ось, за допомогою геофону саме це завдання можна вирішити. Наприклад, якщо закопали пристрій занадто глибоко (а за інструкцією потрібно, щоб капелюшок виступав назовні) і немає можливості виявити, де саме він на глибині. Особливо якщо город великий.
Тільки де ж узяти цей геофон? Доведеться братися за лопату.