Nejmodernější technika ve službách jeskyňářů

experimentální měření teplot v Býčí skále

Text, foto: Pekárek Aleš

V sobotu 3.10.2008 proběhl na Býčí skále velký experiment. Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava zakoupila od anglické fyrmy SENSORNET přístroj pro distribuované měření teploty SENTINEL-DTS. Tento přístroj je převratná technická novinka. Umožňuje měřit teploty pomocí obyčejného mnohovidového optického vlákna (cca 12Kč/1m) po celé jeho délce.

Parametry jsou neuvěřitelné:

- detekuje změnu teploty o 0,004°C (dle provedení)

- maximální délka kabelu 30Km (ale existuje i provedení do 60Km)

- rozlišení vzdálenosti 1m

- doba měření do 10sec

Tento asi nejlepší přístroj svého druhu stojí asi 2500000 Kč...

Další technické parametry najdete v příloze pod článkem.

Systém DTS (Distributed Temperature Sensing) pracuje na principu Ramanova jevu. Já jsem to zjednodušeně pochopil asi takto:

Do skleněného optického vlákna se vyšle krátký záblesk z infračerveného laseru. Pokud se změní optické vlastnosti vlákna vlivem změny teploty, část laserového světla se rozptýlí a odrazí zpět s trošku jinou vlnovou délkou (barvou). Takže stačí snímat, co se vrátí vláknem zpět a za jakou dobu. Doba od vyslání záblesku určuje vzdálenost (protože rychlost světla je konstantní), barevný a fázový posun pak změnu teploty vlákna. Vysílací strana je udržovaná na přesné, referenční teplotě a bere se jen odchylka. Přístroj je třeba před měřením zkalibrovat v laboratoři s konkrétním optickým kabelem.

Pro zájemce mi Ing. Petr Koudelka poskytl i práci o optických senzorech, kterou najdete v příloze pod článkem.

No a k čemu jinému by tento složitý přístroj vymýšleli, než pro měření teplot v jeskyni :-). Mělo by jít snadno určit místa s průvanem, kde přichází do jeskyně vzduch o jiné teplotě, nebo neznatelné přítoky, pokud položíme kabel do potoka. Ing. Petr Koudelka z Katedry telekomunikační techniky souhlasil s vyzkoušením a přístroj přivezli.

Pro první test jsme zvolili úsek mezi Šenkovým sifonem a Dómem překvapení. Není tam tolik bláta a delší optický kabel než cca 300m nebyl zrovna k mání.

Aparatura za Šenkovým sifonem:

Kontrola a čistění optického konektoru:

Po zapojení se na obrazovce začaly objevovat výsledky měření s neuvěřitelným rozlišením:

Vypnuli jsme v měřených prostorách elektřinu a nechali teplotu asi hodinu ustálit bez přítomnosti lidí. I přítomnost "teplého" jeskyňáře poblíž kabelu se totiž hned pozná :-). Pak vyvstal problém délkové kalibrace. Pobíhat s metrem kolem kabelu se nám nechtělo. Tak mě napadlo, že stačí trasu projít a na několika dohodnutých místech kabel ohřát rukou. Fungovalo to výborně:

Na obrázku vidíte zaměření začátku Rudovy štoly (244m).

Nakonec jsme takto zaměřili následující body:

31m ... Nad schody za Šenkovým sifonem

96m ... Ústí Kaňonů

173m ... Můstek před Velkou síní

212m ... Dřevěný kůl na konci Velké síně

244m ... Začátek Rudovy štoly 295m ... Začátek Domu překvapení

A tady je výsledek s menším rozlišením, bez oříznutí začátku a konce:

"Zmatek" na začátku je asi 15m smotaného kabelu položeného na počítači, zmatek na konci je ustřižený konec kabelu. Je zde jasně vidět, jak se zvyšuje teplota, když se blížíme k teplejšímu potoku (do cca 110m), v úseku 245 - 255m ležel kabel v blátě na podlaze Rudovy štoly, patrný je i průvan ve štole...

Závěr se z toho dá udělat jen jeden: Funguje to. O nic jiného v této první fázi ani nešlo. Kabel ležel volně na zemi a v měřeném úseku žádné zajímavé odbočky s průvanem nejsou. Uvažujeme o dalším pokusu, kdy bychom zakoupili asi 2km optického kabelu a natáhli ho od Rudovy štoly až po Srbský sifon. Kabel bychom zavěsili do prostoru na lanka a nechali v jeskyni dlouhodobě. Měření bychom provedli několikrát v různých ročních obdobích. Na kabel se lze napojit optickým konektorem. Pak bychom konečně zjistili, které odbočky a komíny komunikují s povrchem.

Myslím, že takto podrobné a přesné měření teplot se ještě nikdy v žádné jeskyni na světě nedělalo. Změřit tolik bodů s takovou přesností jinou technikou ani není možné. Býčí skála má tedy zase jedno prvenství...

Děkujeme Technické univerzitě Ostrava, hlavně Ing. Petru Koudelkovi, za možnost vyzkoušet tuto unikátní technickou novinku.

Ing. Pekárek Aleš