水漏测听仪是用来查找地下管道(如自来水管)漏水位置的。它的基本工作原理很简单,实际上只是一架低噪声、高输入阻抗低频放大器,外加一个压敏传感器。我们知道,管道漏水时会产生微弱的振动,这振动经过地面而被压电晶体拾振器(传感器)所检拾,变成音频电流,此音频电流被低噪声高灵敏度的低频放大器放大,最后用耳机检听。
工作原理
电路见图1。因为拾振器要接收的信号(漏水声)通常很微弱,因此放大器的本机噪声应非常小,这样的任务用场效应管来承担最为合适,我们采用3DJ6F作输入级。为了进一步提高放大器输入阻抗和降低噪声,栅极偏置电路接成“无噪声偏置”方式,即通过一高阻(R\(_{3}\))将场效应管栅极G接到分压点,以削弱R1、R\(_{2}\)通过电流时产生的噪声。同时,采用自举电路,以C3将源极S与分压点相连,使R\(_{3}\)从输入端看来相当于一无限大电阻,进一步提高输入阻抗,使与高阻抗的传感器相匹配。

我们取BG\(_{1}\)的工作点ID=0.1mA,V\(_{DS}\)=3V。若源极电阻(R5+R\(_{6}\))为22KΩ,则VS≈2.2V,漏极电压V\(_{D}\)=3+2.2=5.2V。漏极电阻R4上压降约6.8V,故取R\(_{4}\)=68KΩ。为取得ID≈0.1mA,可固定R\(_{2}\)调节R1,使V\(_{D}\)≈5V即可。
BG\(_{2}\)、BG3用苏州晶体管厂生产的低噪声管3DX6B。BG\(_{2}\)的IC≈0.1mA,可固定R\(_{9}\)调节R8使BG\(_{2}\)集电极电压达7.5V左右即可。BG2的集电极直接与BG\(_{3}\)基极相联,从BG3发射极输出。这样做可以与后级隔离,调整方便。
从BG\(_{2}\)的集电极通过C6和R\(_{7}\)向BG1源极引入电压负反馈,改变R\(_{7}\)可以改变反馈深度,从而控制场效应管的增益,实际上也就是控制整机放大量。
BG\(_{4}\)、BG5组成两级阻容耦合放大器。BG\(_{4}\)的IC≈0.4mA,BG\(_{5}\)的IC≈1mA。从BG\(_{5}\)集电极引出电压负反馈至BG4发射极,以提高放大器的稳定性。BG\(_{5}\)的集电极输出经C11加至高阻耳机(2200Ω×2)。
因为人耳的灵敏度很高,分辨音色的本领也很强,所以用耳机监听漏水声的有无和判别是否漏水声是很有效的,而电表指示对音色是无能为力的。但人耳对声音大小的区别却不敏感,不如电表指示具有客观的数量表示。这样正好取长补短,相互配合使用。
为了使电表指示可以单独调节,并有更高的灵敏度,再加了一级放大电路BG\(_{6}\),用变压器从集电极输出,经全波整流或桥式整流后送至一灵敏电流表。滤波电容C15和电阻R\(_{29}\)、R30的大小应从实际调试中电表指示的灵敏程度来选择。在实际测漏时,为了避免因移动拾振器引起的电表指针过大的冲击,可调节R\(_{3}\)0至较大阻值,或将电位器R25调至最低点,BG\(_{6}\)无信号输入,但不妨碍耳机的监听。在初步测听到有漏水声时,调整R30将电表灵敏度调高,并适当调节R\(_{25}\)使电表指针有一基本指示值(例如2小格),然后在怀疑漏水点附近移动拾振器,观察在放到什么位置时电表指示有最大值(相应地耳机中声音也应最明显),这一位置就是漏水可能性最大的位置。注意到电表指示仅表示相对量的大小,不需要在绝对值上深究。
拾振器的结构
拾振器采用钛酸钡压电陶瓷圆片做换能元件—把机械振动转换成电信号。压电晶片通常有厚度振动方式和弯曲振动方式,我们用的是弯曲振动片,所以我们做的拾振器采取了图2的结构形式。将弹性良好的铜片在边缘支起,中心部位与一重块固定,重块使铜片中心产生向下弯曲。若支点处上下振动,带动铜片边缘振动,则中心部位由于重块的惯性而产生滞后,这就使铜片产生不断变化的弯曲变形。将弯曲振动晶片平贴于铜片上,铜片的弯曲振动就迫使晶片跟着弯曲振动,它的两极板间就有电势差变化。压电晶片一面贴于铜片,铜片边缘与外壳相接触,所以外壳就是晶片的一极。另一极用软、细、有绝缘包皮的导线引至屏蔽电缆中心线。用屏蔽电缆将拾振器与放大器输入端相连以防止外界电磁干扰。

图中用两块相同的铜片(直径8厘米,厚0.4毫米)夹住重块,使重块在振动时不致于摆动。重块为厚1厘米,直径6.5厘米的圆柱体,可用铜或钢制作。
制作注意事项
1.尽可能采用低噪声元件,重点应放在第一、二两级,以下各级晶体管宜用穿透电流小的高频管,不应用穿透电流较大的低频管。
2.电路排列要合理,前后级不要交叉,面板和电路板最好固定为一整体。
3.为了有良好的电屏蔽,放大器宜用金属外壳,且与放大器公共地端有良好接触。
4.各级电流尽可能偏小一些,以便压低噪声和减少电池损耗。
5.拾振器螺丝装配的松紧可影响它的灵敏度和频率,在试听时可调节螺丝紧固情况以达到最佳效果。
使用方法
1.将拾振器及耳机插入相应插孔。
2.接通电源开关K,数秒钟后用手轻触传感器,在耳机中即可听到声音,电表指针也摆动,说明仪器已正常工作。
3.将拾振器贴放在欲测管道的地面,听耳机中有无流水声。如有,说明管道有漏水处,然后沿着管道移动,测出声音最大之点(往前往后移动声音都变小),则该点下面的管道就有漏水口。(杨州中学 陈家