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Schema der ersten « Wasserfühler » Schéma des premiers « détecteurs d’eau » der Schalterbedienung gestaltete sich jedoch schwierig. Die Lösung des Problems wurde in einem Einmachglas mit umgebendem Styropor gefunden, welches an einem Scharnier an der Höhlenwand befestigt wurde. Mit steigendem Hochwasser stieg auch das mit Styropor geschützte Einmachglas und bei einer gewissen Höhe kippte der integrierte Quecksilberschalter und stellte so einen registrierbaren Kontakt her. Entsprechend wurde der Kontakt bei sinkendem Wasserstand wieder unterbrochen. Am 15. April 1989 wurden solche Wasserfühler an den hochwasserkritischen Stellen Sandhalde, Wegscheide, Keller und Styx installiert. Die Registrierelektronik sollte alle zwei Minuten die Schalterstellung abfragen und auf einen nichtflüchtigen Speicher (EPROM) brennen. Von den vier Messgeräten lieferten nach knapp einem Jahr leider nur deren zwei Resultate. Bei einer Sonde hatte die Elektronik gestreikt, die andere ging durch ein Hochwasser zu Bruch – das schützende Styropor wurde vom Wasserdruck vollständig zusammengepresst. Verbesserte Version – « Feuerlöscher » Da die Wasserfühler zur Schalterbedienung von « Wasser – kein Wasser » grossen Bewegungen ausgesetzt und dadurch entsprechend anfällig waren, wurde bei der Weiterentwicklung nach Möglichkeiten gesucht, diese Bewegungen zu eliminieren. Für die Folgegeneration, welche bereits im zweiten Messjahr ab März 1990 zum Einsatz kam, setzte Ziegler daher bei gleicher Registrierelektronik auf einen Magnetschalter. In einem senkrecht montierten, orangen PVC-Rohr befand sich im oberen Teil wiederum ein Einmachglas mit Elektronik und zuunterst am Glasboden ein Magnetschalter. Ein auf einem Styropor-Schwimmer montierter Magnet, welcher bei Hochwasser an den Glasboden gedrückt wurde, löste den gewünschten Kontakt aus. Die gut sichtbaren orangefarbenen Röhren trugen den neuen Sonden schon bald den Namen « Feuerlöscher » ein. Im Sommer 1990 massen elf solcher Stationen an den vier bisherigen und an sieben zusätzlichen Standorten, vor allem im hinteren Teil des Basissystems, die Wasserstände. Der Schwachpunkt dieses Systems war der Schwimmer, denn die hohen Wasserdrücke komprimierten die Schwimmer, bis sie ihrem Namen nicht mehr gerecht wurden. So wurden in den folgenden Jahren verschiedene Materialien ausprobiert. Die besten Erfolge erzielten Schwimmer des années quatre-vingts, de développer un système qui pourrait donner des informations sur la présence ou l’absence d’eau dans la grotte, simultanément, dans différents endroits. L’idée de base était simple : la crue ou la décrue doit actionner un interrupteur et une installation électronique doit enregistrer les positions de l’interrupteur à de courts intervalles et avec une consommation de courant minimale. La réalisation de l’interrupteur s’avéra difficile. La solution consista en l’utilisation d’un bocal entouré de styropor, fixé par une charnière à une paroi de la grotte. Avec la crue, le bocal montait aussi et, à une certaine hauteur, le contacteur de mercure intégré était actionné et établissait un contact mesurable. Lors de décrue, le contact était de nouveau interrompu. Le 15 avril 1989, des détecteurs d’eau de ce type furent installés aux emplacements critiques en cas de crues de Sandhalde, Wegscheide, Keller et Styx. Le système d’enregistrement électronique devait prendre note toutes les deux minutes de la position du contacteur et l’enregistrer sur une puce de mémoire morte reprogrammable (EPROM). Après une année d’expérimentation, seuls deux de ces instruments sur quatre livrèrent des résultats. L’un a subi une panne électronique et un autre a été détruit lors d’une crue, le styropor ayant été entièrement comprimé par la pression de l’eau. Version améliorée – « extincteurs » Comme les détecteurs d’eau étaient soumis à de grands mouvements, selon la présence ou non d’eau, pour le fonctionnement de l’interrupteur, on chercha par la suite à éliminer ces mouvements. Pour la génération suivante, qui commença dès la deuxième année de mesures, à partir de mars 1990, Ziegler installa, avec la même électronique d’enregistrement, un interrupteur magnétique. Dans un tube de PVC monté verticalement, il plaça, dans la partie supérieure, un bocal muni de l’appareillage électronique, et, dans la partie inférieure du bocal, un interrupteur magnétique. Un aimant, monté sur un flotteur en styropor, touchait le fond du bocal en cas de crue et établissait ainsi le contact. La couleur orange bien visible du tube de PVC donna l’idée de baptiser ces nouvelles sondes du nom d’« extincteurs ». En été 1990, des mesures du niveau des eaux furent effectuées au moyen de ces nouvelles sondes, dans 11 endroits différents, soit les 4 précédents et 7 nouveaux, principalement dans la partie « Feuerlöscher »-Sonde Sonde « extincteur » Seit 2001 eingesetztes Drucksonden- Modell. Schema der « Feuerlöscher » / Schéma des « extincteurs » Modèle de sonde de pression utilisé depuis 2001. 84 Stalactite 57, 1, 2007
aus geschäumtem Polyethylen (ETHAFOAM). Bis im Herbst 1997 sammelten die « Feuerlöscher » während jeweils bis zu 300 Tagen an den verschiedensten Stellen im Hölloch Daten über das Vorhandensein oder Fehlen von Wasser und erlaubten, in Kombination mit den übrigen systematischen Messungen, zu interessanten Erkenntnissen zu gelangen, welche verschiedentlich publiziert wurden (z. B. WILDBERGER & ZIEGLER, 1992). Drucksonden Während die « Feuerlöscher » in der Höhle mehr oder weniger problemlos Daten sammelten, stiegen u.a. durch deren Auswertung die Ansprüche an die Art der gesammelten Informationen. Man war nun nicht mehr nur daran interessiert, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt Wasser vorhanden war oder nicht, sondern man hätte auch gerne gewusst, wie schnell das Wasser ansteigt oder sich absenkt. Auch andere Messparameter wie Temperatur oder Leitfähigkeit rückten in den Bereich des Möglichen, und der Wunsch nach genauerer Zeitaufzeichnung wurde laut. So entwickelte Ziegler verschiedene Prototypen von neuen Sonden, welche von kommerziell erhältlichen und preislich erschwinglichen Standard-Drucksensoren z. B. für Tanks ausgingen. Die ersten Geräte der neuen Serie wurden von April bis September 2001 im Hölloch und im Windloch getestet und deckten bereits in jenem kurzen Zeitraum überraschende Sachverhalte auf, wie zum Beispiel für die Sandhalde Wasseranstiege von bis zu 1.5 m/s oder Oszillation der Wasserhöhe nach schnellem Wasserrückgang. Seit 2002 sind acht bis zehn solcher Sonden im Hölloch stationiert, deren Druckdaten ausgewertet werden, wobei der Messbereich der Sonden unterschiedlich und begrenzt ist, so dass grosse Überdrücke nicht messbar sind (siehe u.a. Hochwasser 2005 in diesem Heft). Die Auswertung der Temperaturdaten hingegen ist wegen der tiefen Auflösung von ± 0.2 ºC nicht wirklich aussagekräftig. Als Gehäuse der Sonden dient ein 19 cm langes Wasserrohr aus Messing (11⁄4 Zoll) mit Verschlusskappen auf beiden Seiten. Der Drucksensor, ein Keller Drucktransmitter vom Typ PA-21SC, ist im einen Deckelstück eingebaut und verbunden mit einer neu entwickelten Elektronik, die die Aufnahme von 512 000 Messungen erlaubt. Ergänzt wird die Registriereinheit durch eine 9V-Batterie, welche die Elektronik mit 3V und den separat geschalteten Sensor mit 5V versorgt. Neben dem Druck werden Batteriespannung und Temperatur im Innern der Sonde aufgezeichnet. Die Messintervalle für die drei Ausgänge sind individuell konfigurierbar. Unter Höhlenbedingungen wurde der Druck zuerst alle 2 min registriert, später wurde auf 5 min Intervalle umgestellt. Die Temperatur wird jede Stunde erfasst und die Batteriespannung täglich. Die aufgezeichneten Daten können seriell auf einen PC ausgelesen und beispielsweise in ein Tabellenverarbeitungsprogramm übernommen werden. Die Registrierelektronik, bestehend aus einem Singlechip-Microcontroller (ATMEL AT90LS8535) mit integriertem A / D-Wandler (Analog-Digital Umsetzer), einem 3-Leitungs-8-Mbit FLASH Speicherchip (AT45DB081) und einem Uhrenbaustein, ist durch eine eigens entwickelte, doppelseitige Platine in Oberflächenbestückungs- Technologie (SMT) hergestellt. Die Materialkosten für eine arrière du système principal. Le point faible de ce système était le flotteur, car la pression des crues comprimait celui-ci, l’empêchant de remplir sa fonction. Les années suivantes, on testa différents matériaux. Les flotteurs en mousse de polyéthylène (ETHAFOAM) donnèrent les meilleurs résultats. Jusqu’en automne 1997, les « extincteurs » ont enregistré, pendant environ 300 jours, des données sur la présence – ou non – d’eau dans diverses parties du Hölloch, et ont permis, en relation avec les résultats provenant d’autres mesures systématiques, d’acquérir des connaissances intéressantes, parues dans diverses publications (p. ex. WILDBERGER et ZIEGLER, 1992). Sondes de pression Alors que les « extincteurs » avaient permis de recueillir des données dans la grotte avec plus ou moins de facilité, les exigences s’étaient accrues en matière d’informations, notamment du fait de l’exploitation des précédentes. On n’était plus seulement intéressé de savoir si, à un certain moment, il y avait de l’eau ou non, mais on voulait également savoir à quelle vitesse le niveau de l’eau montait ou baissait. D’autres paramètres de mesure, comme la température ou la conductivité, entraient dans le domaine du possible et on formula le vœu d’obtenir des relevés temporels plus précis. Ainsi, Ziegler développa différents prototypes de nouvelles sondes à partir de sondes de pression standard disponibles sur le marché et financièrement abordables, utilisées, par exemple, pour des réservoirs. Les premiers appareils de la nouvelle série furent testés d’avril à septembre 2001 dans le Hölloch et le Windloch et révélèrent déjà des faits très surprenants ; ainsi, par exemple, à Sandhalde, des montées du niveau d’eau de 1,5 m/s ou des oscillations du niveau d’eau après une rapide décrue. Depuis 2002, huit à dix sondes de ce type sont installées dans le Hölloch et les données four- Eingeweide eines Prototyps der « Feuerlöscher »-Sonde. Intérieur d’un prototype de sonde « extincteur ». Drucksonde mit Fühler und Elektronik. Sonde de pression avec senseur et électronique. 5 cm Stalactite 57, 1, 2007 85
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