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 з низкою специфічних завдань при вимірі вібрації мало хто стикався на практиці.

А цей напрямок 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 та з ним комфортно працювати.Х оча, судячи із складеної назви, можна здогадатися, для чого цей "тестер трясіння" призначений.

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?

Наблизитись до окопів ... під землею !

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.

Пристрій і чутливість

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.