TECHNIEK EN TOPOGRAFIE
De grotradio in 2001: recente (r)evoluties
SAMENVATTING:
Na vijf jaar werd het weer eens tijd om de informatie voor wat betreft grotradio’s
opnieuw aan te passen. Hieronder volgt een beschrijving van de recentste
evoluties van de radio's die door SC Avalon en Speleo Nederland worden gebruikt
(auteur: Herman Jorens)
Zoals elders op deze site wordt beschreven waren de eerste grotradio’s uitgerust
met spoelen in de functie van antennes.
Het bereik beperkte zich toen ongeveer 150m en wat een nog grotere
beperking met zich meebracht was dat de bovengrondse en de ondergrondse
zender zich boven elkaar moesten bevinden.
Ondertussen is hier veel verandering in gekomen.
Graham Naylor en zijn "Système
Nicola" was één van de eersten die enkele jaren geleden lange draden ging
gebruiken die aan de uiteinden met de aarde werden verbonden om het signaal
van de zender in de aarde te induceren. In vaktaal wordt dit het “earth current principle”genoemd.
De verschillen tegenover
de spoelen was spectaculair.
De afstanden die konden overbrugd worden waren een veelvoud.
Tot 500m was geen probleem en indien er werd rekening gehouden met
de geologie van de onderliggende lagen waren afstanden tot 1000m mogelijk.
Ondertussen hebben de meesten
wel gehoord van de grote reddingen waarbij de Nicola’s van Graham werden
ingezet. Verdere informatie
aangaande de Nicola’s is te vinden op de desbetreffende site.
De Engelsen van hun kant
zijn nu ook overgeschakeld
van spoelen naar draden en de grotradio die John Hey had ontwikkeld is verder
aangepast en wordt nu gebouwd in een oplage van 50 stuks voor de Engelse
CRO. (Cave Rescue
Organisation).
De werking en gebruik van
de grotradio’s:
Met de huidige grotradio’s
gaat één en ander een stuk eenvoudiger. Zoals reeds eerder gezegd wordt er hier geen gebruik meer gemaakt
van spoelen maar van draden die aan de ene kant aan de zender worden verbonden
en aan de andere kant met de aarde worden verbonden. Hoe beter de
verbinding met de aarde, dit
wil zeggen een lagere weerstand,
hoe meer vermogen er in de aarde kan worden gestuurd. Tijdens het
zenden zal er een stroom lopen door de aarde van de ene draad naar de andere
langs verschillende paden. Echter het is ook gebleken dat deze stroom een magnetisch veld
opwekt in de aarde waarvan het signaal op veel grotere afstand kan worden
ontvangen.
In de grot wordt een identiek
toestel opgesteld met dezelfde draden.
Het grote voordeel van dit
systeem is de veel grotere reikwijdte en de vrijheid van de opstelling.
Wanneer men niet tot het uiterste gaat qua bereik, hoeven de zenders niet
recht boven elkaar opgesteld te worden. Hetgeen met de spoelen wel het geval
was.
De verbinding met de aarde
kan op verschillende manieren worden gerealiseerd. Zoals reeds gezegd is
een zo goed mogelijke verbinding noodzakelijk. Hiervoor kunnen aardpennen
gebruikt worden. Dit zijn metalen pennen die in de grond worden geprikt
en die onderling met elkaar worden verbonden en met de draad van de zender.
Veel pennen betekent veel kontakten met de aarde en betekent een goede koppeling.
Echter er is één plaats waar dit natuurlijk problemen geeft. In blanke rots
kan men geen pennen prikken en is men aangewezen op een door de Fransen
ontwikkelde techniek. We gebruiken nu een stuk lint dat gebruikt wordt als
schrikdraad voor vee. Dit lint wordt op de grond uitgerold en bedekt met
zware stenen. Hierdoor ontstaat er opnieuw een vrij goed contact met de
rots. Het is gebaseerd op het principe dat vele slechte weerstanden een
goede weerstand vormen. Dit lint kan ook perfect in de grot toegepast worden.
Een plas water, een rivier of een plek modder geven een perfecte koppeling
met de aarde.
Om de uitgangsimpedantie
van de zender aan te passen aan de weerstand van de aarde wordt er tussen
zender en draden nog een trafo geplaatst. Aangezien de weerstand naar de
aarde niet altijd constant is (droge rots, een rivier …) wordt de trafo
ook nog omschakelbaar gemaakt zodat de beste trafo verhouding kan gekozen
worden.
Onder de juiste omstandigheden
is hiermee een perfecte communicatie tussen de oppervlakte en de grot mogelijk.
Normale afstanden 500 a 600m door rots. Indien er wordt rekening
gehouden met de geologie van de onderliggende aardlagen kunnen zelfs afstanden
tot meer dan 1000m door rots gehaald worden.
Ondertussen had ik Erwin
Lokhorst (Speleo Nederland) leren kennen en na wat over en weer gepraat
hebben we toen besloten op ook opnieuw aan het solderen te gaan. In het
teken van onze jaarlijkse expéénaar de PIERRE-ST-MARTIN wilden we komen
tot een systeem dat bruikbaar was voor deze specifieke toepassing en voor
speleo-expedities in het algemeen.
De door ons (Erwin & Herman)
gebouwde en ontwikkelde expeditie grot-radio:
De
grotradio’s die op dit moment in gebruik zijn werden speciaal gebouwd voor
het gebruik bij reddingsacties. Dit wil zeggen dat ze robuust zijn en vooral
eenvoudig in gebruik zonder toeters en bellen. Wij wilden een toestel bouwen
dat was aangepast aan het gebruik bij expedities. Hetgeen een aantal andere
eisen stelt aan de apparaten.
Normaal worden de zend/ontvanger aan de oppervlakte en deze in de
grot redelijk recht boven elkaar opgesteld. Dit is zeker nodig wanneer er
gewerkt wordt in diepe grotten waarbij de limieten van de radio’s bereikt
worden. Wanneer nu de ingang van de grot en de plaats van actie onder de
grond (ondergronds kamp, werkplaats) zich ver van elkaar bevinden en men
wil een permanente verbinding tussen grot en oppervlakte betekent dit dat
er zich ergens ten velde iemand dient op te stellen met de bovengrondse
radio. Daarbij komt nog dat
hij de ontvangen en te verzenden bericht naar en van de grot moet kunnen
doorgeven aan de bewoonde wereld.
Tijdens expedities in onherbergzame
gebieden is dit ondoenbaar. Daarom werd er door Erwin een systeempje ontwikkeld
om dit te omzeilen.
Als basis voor de nieuwe
radio’s gebruikten we het zender
en ontvanger gedeelte van de John Hey radio’s. Daarbij werd er door ons
nog het één en ander toegevoegd en veranderd.
In de ondergrondse radio
bevindt zich een ingebouwd en inschakelbaar radiolocatie baken om radiolocaties
mogelijk te maken. Ook is er een “teken van leven piep” ingebouwd. Dit is
een piepje dat elke 90sec wordt uitgezonden wanneer de radio aan staat en
aan de oppervlakte een teken geeft dat er communicatie mogelijk is.
De trafo die de uitgang van de zender koppelt met de draden (en de
aarde) is omschakelbaar gemaakt. Hierdoor kan de beste verhouding gekozen
worden om zoveel mogelijk stroom in de aarde te sturen. Om een controle
op deze stroom te hebben werd er ook een klein metertje voorzien. Dit geeft
de gebruiker de zekerheid dat er stroom naar de aarde vloeit.
Om de autonomie te vergroten
hebben we ook de nodige voorzieningen gemaakt om een externe batterij aan
de radio te koppelen. Het geheel zit ingebouwd in een waterdichte Peli box
en weegt met de ingebouwde batterijen 2kg.
Op de bovengrondse radio
heeft Erwin zich volledig kunnen uitleven.
Om het probleem van de afstanden
boven de grond op te lossen hebben we de bovengrondse radio zo gebouwd dat
deze verschillende dagen en/of weken volledig autonoom kan werken.
Vooreerst werd er door ons
een relaisstation ingebouwd. Dit betekent dat de bovengrondse grotradio
kan gekoppeld worden met bvb een walkie-talkie op de 2m amateurband, of
met een CB zender of met een HF amateurzender. Het signaal dat uit de grot
door de grotradio wordt ontvangen wordt doorgegeven aan de walkie talkie,
en deze zendt dit signaal automatisch weer uit waarop het kan ontvangen
worden door een andere walkie-talkie eventueel vele kilometers weg.
Indien een HF zender gebruikt wordt,
zelfs vele honderden kilometer verder.
Omgekeerd gebeurt hetzelfde.
Praten in de walkie-talkie, het signaal wordt ontvangen door de walkie-
talkie die aan de grotradio hangt en deze zendt het signaal door naar de
grot waar het kan ontvangen worden door de speleologen daar.
Het grote voordeel hiervan
is dat de bovengrondse grotradio ergens “in the middle of nowhere” kan worden
opgesteld zonder dat er iemand permanent hoeft aanwezig te zijn.
Indien we de autonomie willen
garanderen dient de bovengrondse grotradio ook onafhankelijk te werken van
batterijspanning. Hiervoor werd er een systeempje gebouwd met een zonnecel
die de batterij van de radio oplaadt wanneer de zon schijnt. Tegelijk kan
er een extra externe batterij aan de grotradio gekoppeld worden. Moesten
de batterijen echter toch leeg geraken zal de grotradio automatisch een
signaal beginnen uitzenden naar zowel de grot als naar de walkie-talkie.
Dit geeft aan dat er actie moet ondernomen worden aan de oppervlakte en
verwittigt de speleologen onder de grond dat de mogelijkheid re?l is dat
de communicatie uitvalt door gebrek aan energie.
Tegelijk werd ook hier de
“teken van leven” biep ingebouwd. Deze geeft voor de ondergrondse ploeg aan dat het systeem boven
de grond nog steeds werkt. Ook de omschakelbare trafo en de meter voor de
controle van de stroom werden voorzien.
Een volgende stap wordt om
in de bovengrondse radio ook nog een voice-chip in te bouwen. Dit geeft
de bovengrondse mensen en de speleologen in de grot
de mogelijkheid om voor elkaar een berichtje in te spreken indien
de andere kant op dat moment niet aanwezig zou zijn. Een soort antwoordapparaat
dus. Dit is echter nog toekomstmuziek.
De bovengrondse radio zit
ook in een Peli box inge- bouwd, echter van een maatje groter en weegt 2,
5kg.
Dus een volledige ondergrondse
set bestaat uit:
de zend/ontvanger, een stel
draden (tot 50m lang), een aantal aardingspennen, twee rollen elektrisch
lint. Dit geheel vormt samen ongeveer een halve speleokit voor een gewicht
van ongeveer 2,5kg.
Een volledige bovengrondse
set bestaat uit: de zend/ ontvanger, een stel draden, een aantal aardingspennen,
twee rollen lint. Verder kan dit worden aangevuld met een extra batterij,
een zonnepaneel en de elektronica om de zonnecellen aan de batterij te koppelen.
Onze ervaringen aan de PIERRE-ST-MARTIN:
Ik
zal eerst even de situatie schetsen.
Het basiskamp bevond zich
in St-Engrace op 10km van het skistation van Pierre Saint Martin. Tot daar
konden we komen met de auto’s en ging de tocht te voet verder gedurende
1h30 tot aan de ingang van de grot. De ingang was gelegen op de lapiaz van
Aniallara in zeer ontoegankelijk gebied. Daar werd een hoogtekamp ingericht. De bedoeling van de exp?was om de fond van de grot op –650m
en 2000m van de ingang te forceren en de grot te topograferen. Er werden
onder de grond twee kampen voorzien, één op –500m en één op –600m. De laag
rots boven de grot was constant 350 a 400m dik.
Er werd door ons gebruik
gemaakt van 2m amateur materiaal voor de verbindingen aan de oppervlakte.
In het hoogtekamp werd een
2m portofoon opgesteld die was gekoppeld aan een richtbare antenne. De antennerichting
was naar de camping op 12km.
Op de camping werd eenzelfde
opstelling gemaakt en na wat ge?perimenteer hadden we een betrouwbare radioverbinding
tussen basiskamp en hoogtekamp.
Voorwaar een hele opluchting.
Aan de hand van de topo werden
de co?dinaten van de terminus op –650m bepaald.
Met de GPS werd dan op het terrein deze plaats opgezocht. Het weze
gezegd dat dit diende te gebeuren in zeer ontoegankelijk terrein. Tegelijkertijd
zat er in de grot een ploeg dewelke een grotradio had opgesteld met 2X 80m
draad en daaraan telkens 10m lint. Op een afgesproken tijd schakelden zij
het baken in gedurende 2min. Eens aangekomen ter plaatse werd aan de oppervlakte
door middel van de spoelen een plaatsbepaling gedaan. Er werd dan
een voorlopige opstelling gemaakt met de oppervlakte grotradio en 2X40m
draad en enkele aardpennen.
Vanaf dit moment hadden wij
communicatie doch deze communicatie was vrij slecht en moeilijk te verstaan.
Na overleg werd er besloten
om aan de oppervlakte 2X100m draad in te zetten. Toen bleek echter dat de
radioverbinding nog slechter geworden was. Na overleg werd er onder de grond
dan overgegaan op 1X80m draad met lint in de rivier en één maal 15m draad
met twee musketons in de modder gegraven. Aan de oppervlakte werd overgegaan
op 1X40m draad en 4aardpennen en 1X1m draad met 1 aardpen. Van toen hadden
we perfecte radioverbindingen met een perfecte stemkwaliteit.
Afstand door de rots tussen twee radio’s was 350m rots.
Aansluitend hebben we de
oppervlakteradio gekoppeld aan zijn 2m portofoon dewelke was voorzien van
een rondstraalantenne die in een oude boom was bevestigd.
Vervolgens werden er een grote batterij (20Ah)en twee zonnecellen
aan de zenders gekoppeld. Dit alles (behalve de zonnecellen) werd dan afgedekt
tegen de regen en gecamoufleerd.
Na wat problemen met een
weerspannige plug, veel kopzorgen werd dan alles aan het werken gekregen.
Resultaat: op dinsdagavond
om 21h00 stonden wij paraat nabij het skistation van de PIERRE-ST-MARTIN
(afstand hoogtekamp ongeveer 3km en afstand oppervlakte station ongeveer
2km en afstand camping ongeveer 10km. ). Op de berg in het hoogtekamp wachtte
men ook en vanuit de grot op –650m werd er toen contact opgenomen met de
oppervlakte. De stem van Paul die op –650m zat werd perfect ontvangen in
het hoogtekamp en aan de auto nabij het skistation van de PIERRE-ST-MARTIN.
Gedurende een tiental minuten werd er informatie uitgewisseld tussen de
oppervlakte en de grot. Vanaf de camping hoorde men wel het hoogtekamp en
de auto aan het skistation doch hoorde men niet de uitzending vanuit de
grot.
Erwin en ik hebben op de
parking aan de col aansluitend een vreugdedans opgevoerd om 8maanden van
hard werken te vieren. Van toen af was er dagelijks contact tussen
het bivak van -650m en het hoogtekamp en tussen het hoogtekamp en de camping.
Naar onze mening was het
de eerste keer dat er op deze manier werd gewerkt tussen de oppervlakte
en een grot.
Indien we over nog een extra
antenne hadden kunnen beschikken dan was het ons zeker gelukt om de grot
rechtstreeks te laten praten met de camping, 12km verder! Dat is voor
het jaar 2001.
Het nut van grotradio’s:
Zoals reeds eerder gezegd
gebruiken de Engelse speleo redders reeds jaren grotradio’s,
en met veel succes. Doordat de grotten in Engeland niet al te diep
zijn kon het principe met de spoelen gebruikt worden.
De eerste door mij gebouwde
grotradio dateert van 1995.
Het Systeme Nicola echter
heeft waarschijnlijk gezorgd voor de grote doorbraak van de grotradio’s.
Tijdens de redding in de Vitarelles werden de radio’s massaal ingezet en
heeft de redding een stuk makkelijker gemaakt op het gebied van communicatie.
De recente redding in de Tanne aux Crolleurs heeft ook weer voor de nodige
publiciteit gezorgd voor het gebruik van grotradio’s.
Graham Naylor heeft tijdens
reddingsoefeningen in de Dents des Crolles berekend dat tijdens zoekacties
naar verdwenen speleo’s er tot 8 uur tijdswinst kan geboekt worden door
het gebruik van grotradio’s. Vooral de mobiliteit van het systeem zorgt
ervoor dat de verschillende ploegen bijna constant met elkaar en/of de oppervlakte
in contact kunen blijven.
Tijdens de grote redding
in de Vitarelles kon men via het internet de discussies volgen rond het
gebruik van grotradio’s. Meerdere keren werd er geopperd dat ze ook konden
gebruikt worden tijdens explo’s in diepe en/of gevaarlijke grotten.
Ik ben van mening dat hier
de volgende toepassing ligt voor de grotradio’s. Tijdens grote expedities
in grote en diepe grotten kunnen de zenders voor een permanente link zorgen
tussen de oppervlakte en de grot. Berichten kunnen onmiddellijk doorgegeven
worden en in geval van noodsituaties kunnen vele belangrijke uren gewonnen
worden. Immers wanneer er een ongeval gebeurt in een grot moet er eerst
alarm geslagen worden. Zit men diep en afgelegen dan kan dit makkelijk 5
tot 10 uur duren. Ook tijdens het normale verloop van expedities kunnen
ze hun nut bewijzen voor het overbrengen van berichten in de beide richtingen.
Ik denk dat de grotradio’s
stilaan tot de uitrusting zullen gaan behoren van de toekomstige speleoexpedities.
Hun nut en mogelijkheden zijn ondertussen bewezen. Enkel het nog niet commercieel
ter beschikking staan van deze toestellen is nog een belemmering omdat niet
iedereen in staat is om deze toestellen zelf te bouwen. Langs de andere
kant geeft dit op dit moment, ons zelfbouwers,
nog steeds de extra voldoening dat we pionierswerk verrichten.
De toestellen zullen steeds
kleiner en effici?ter worden.
Misschien zal de techniek nog een geheel andere kant uitgaan zoals
het was met de antennes.
Wij hopen dat we met onze
inspanningen hiertoe een bijdrage kunnen leveren.
De door ons ontwikkelde schakelingen
zullen later dit jaar wanneer alles werkt zoals het hoort en de schema’s
aangepast zijn, gratis via het internet ter beschikking worden gesteld.
Hierdoor willen we mensen helpen die de zenders zelf willen bouwen.
En anderen een aanzet geven om ze verder te ontwikkelen en te verbeteren.
Voor de techneuten:
De
nieuwe radio’s zijn, zoals alle door John Hey ontworpen radio’s, opgebouwd
met conventionele elektronica onderdelen.
De huidige radio’s werken
nu nog op 87,0 kHz maar aangezien de Nicola’s van Graham op 87,1 kHz werken
zullen we deze winter de frequenties ook aanpassen naar 87,1 kHz. Hierdoor
worden ze volledig compatibel met de Nicola’s.
Het modulatietype is USB.
Om de eindtrap aan te passen
aan de weerstand van de aarde werd een trafo toegepast met verschillende
aftakkingen. Hierdoor kan de beste aanpassing gekozen worden afhankelijk
van de verschillende aardweerstanden. We hebben er ook voor gekozen om de
ingang van de ontvanger niet over de trafo te sturen zodat het signaal 1:1
in de ontvanger komt. Om dit te bereiken hebben we gewoon de trafo achter
het TX/RX relais geplaatst.
Om de stroom naar de draden
aan te duiden werd er door Graham een ledje gebruikt. Wij hebben echter
geopteerd om een klein meterje te gebruiken. Het neemt minder stroom op
en de aanduiding is toch beter dan met een simpele Led. Het nadeel zou kunnen
zijn dat we te maken hebben met een draaispoel instrument dat misschien
gevoeliger is voor schokken end. Het signaal voor het metertje takken we
af via een trafootje (TOKO spoel) dat in de uitgang van de zender staat.
Om het relaisstation in en
uit te schakelen gebruiken we een audio toontje. Bij het begin van een uitzending
wanneer de microfoon wordt ingedrukt wordt er eerst een toontje van x Hz
uitgezonden. Dit toontje dat wordt ontvangen in de oppervlakte radio wordt
gedetecteerd door een XR221 IC . Het IC gaat op zijn beurt de 2m portofoon
inschakelen en het audiosignaal wordt via de porto terug uitgezonden. Op
het einde van de uitzending wanneer de microfoon wordt losgelaten blijft
het zendrelais nog even getrokken en tegelijkertijd wordt er opnieuw een
audiotoontje uitgezonden van y Hz. In het relaisstation gaat een andere
XR2211 dit toontje detecteren en gaat op zijn beurt de porto omschakelen
van zenden op ontvangen.
In het relaisstation komen
deze twee XR221 IC’s twee keer voor. E? keer voor de signalen van de grotradio
naar de porto en één keer van de porto naar de grotradio.
Op de oppervlaktezender staat
een drie standen schakelaar. De eerste stand is”two way vox”hierdoor werkt
de als relaisstation. Er kan dan niet gepraat worden vanuit de oppervlakteradio
naar de grot. De tweede stand is “talk to cave”; hier werkt de oppervlakteradio
als een gewone grotradio. De derde stand ”talk
to VHF”. Hier kan de
microfoon van de oppervlaktezender gebruikt worden om in de porto te praten.
Bij de porto die niet aan
de oppervlaktezender gekoppeld wordt hoort een klein kastje waarin eveneens
een schakeling zit om de audiotoontjes mee uit te zenden bij het begin en
het einde van een uitzending.
Om de radio’s ook te kunnen
gebruiken voor radio- locatiedoeleinden kunnen er nog steeds de spoelvormige
antennes op aangesloten worden. Verder staat er voor dit doel op de oppervlaktezender
een schakelaar waarmee de AGC kan omzeild worden.
Nog even iets over de draden.
Wij gebruiken draden van
0,5mm? soepele ge?oleerde draad. De lengten zijn sterk afhankelijk de diepte
waarop dient gewerkt te worden. Ze vari?en tussen 20m en 80m.
Bij het gebruik van de toestellen
hebben we ook geleerd om lange draden onder de grond te gebruiken en korte
draden aan de oppervlakte. De reden hiervoor is Loran!
Loran is een radiobaken ten
dienste van de scheepvaart, dient voor de navigatie en zendt op 100kHz.
Dit baken veroorzaakt een storing op 87kHz onder de vorm van hoorbare pulsen
(de Engelsen noemen het “galopping horses”). Hoe langer de antennedraden
aan de oppervlakte hoe meer van deze storing er wordt opgepikt. Dus wanneer
blijkt dat de verbinding tussen oppervlakte en grot te zwak is moet men
langere draden onder de grond gebruiken.
Ondertussen zijn we weer
begonnen met een aantal verbeteringen en veranderingen.
De oscillatoren die we gebruikten
bleken niet stabiel genoeg op frequentie te blijven. Hiervoor hebben we
nu een kristalgestuurd systeem gemaakt dat tevens vier verschillende tonen
opwekt. Ook de toondecoders worden aangepakt om ze nog smalbandiger te maken.
Verder gaan we nu een voiceship
inbouwen waardoor we berichten kunnen inspreken en beluisteren, een antwoordapparaat
dus. Dit is ook de reden dat we een generator hebben gemaakt met vier verschillende
toontjes. Begin uitzending, einde uitzending, bericht opnemen en bericht
weergeven.
Verder komen er nog een paar
dingen bij waarvan we het nut hebben ingezien tijdens het gebruik aan de
PIERRE-ST-MARTIN.
Voor de zelfbouwers:
Voor degenen die zin hebben
om zelf aan het bouwen te gaan zullen we binnen afzienbare tijd de schema’s,
PCB lay-outs en de inbouwgegevens op een aparte site zetten. Deze site zal
dan ook aangepast worden naarmate de wijzigingen die wij doorvoeren vorderen.
Tot dan kunnen ge?teresseerden
steeds contact opnemen met Erwin of mij.
Zie Erwin's site voor meer
info: http://www.vollok.nl/
Degenen die communicatie
nodig hebben mogen ons steeds contacteren.
Indien nodig kunnen de radio’s onder bepaalde voorwaarden uitgeleend
worden. Indien mogelijk zijn wij ook bereid om voor iemand een verbinding
te komen opzetten.
|