TECHNIEK EN TOPOGRAFIE
De grotradio
SAMENVATTING: Een beschrijving van de eerste
Belgische "grottofoon", waarmee draadloos stemcontact mogelijk is tussen
de oppervlakte en een ploeg die zich ondergronds bevindt. (auteur: Herman
Jorens)
INLEIDING
Diegene die al eens geprobeerd heeft om met een Walky-Talky een verbinding
te maken tussen speleologen onder de grond en op de oppervlakte, weet dat
dit niet mogelijk is. Ook verbinding in een grot is op deze manier zo goed
als onmogelijk.
Hiervoor bestaan de zogenaamde grotradios, die door hun speciale techniek
in staat zijn om signalen door rots te zenden.
In Engeland zijn ze reeds een aantal jaren in gebruik, maar hier op het
vasteland hoor je er bitter weinig van. In Belgiëzijn, zover ik weet, nog
geen grotradios gebouwd of in gebruik. In Frankrijk weet ik enkel dat er
reeds enkele experimenten werden uitgevoerd met gewone zenders.
WAT GESCHIEDENIS
Radioverbindingen doorheen vaste stoffen of vloeistoffen zijn niet eenvoudig.
Hoe hoger de frequentie van de zender hoe meer en hoe sneller de radiogolven
door de omringende materie worden geabsorbeerd. Het resultaat is dat het
bijvoorbeeld onmogelijk is om met walky-talkies een verbinding tussen een
grot en de oppervlakte te maken. Ook is het onmogelijk om met normale zenders
in een grot met elkaar te communiceren. Enkel wanneer de zender en de ontvanger
elkaar kunnen "zien" is er een verbinding mogelijk.
Hoe lager de frequentie waarop wordt uitgezonden hoe beter de golven
doordringen in vaste stoffen. Onderzee?s maken reeds lang gebruik van zeer
lage frequenties, die ze uitzenden met antennes die ze achter zich aanslepen,
om radioverbinding te maken met stations aan de oppervlakte. Het nadeel
is echter dat om te kunnen zenden op zeer lage frequenties de antennes extreem
groot worden. Daarom wordt bij grotradios gebruik gemaakt van de induktie
die opgewekt wordt in kleine cirkelvormige (loop) antennes.
Midden de jaren zeventig ontstond bij een aantal Engelse speleologen
het idee om te gaan experimenteren met zenders op zeer lage frequentie (VLF)
om te trachten zo een radioverbinding te kunnen maken tussen speleologen
boven de grond en speleologen onder de grond. Na enkele jaren van bouwen
en herbouwen van zenders en ontvangers en het uitvinden van geschikte antennes
kwam de eerste radioverbinding tot stand tussen grot en de oppervlakte.
Deze eerste zenders hadden nog forse afmetingen en verbruikten veel stroom
zodat grote batterijen moesten meegesleept worden in de grot. Geleidelijk
aan verbeterden de zend/ontvangers en werden de Ogofone en
de Molofone gebouwd. De diepten die werden bereikt waren ongeveer
150 ?180m.
De Molofone werd commercieel gemaakt en is nu nog steeds te koop. Het
ontwerp is geheim. Het ontwerp van de Ogofone werd openbaar gemaakt, wie
wil en er de moed voor heeft kan deze "cave radio" nabouwen. De antenne
is een cirkelvormige antenne (loop) van één meter diameter opgebouwd uit
64 windingen flatkabel, zoals gebruikt in computers. De zend/ontvanger zit
in een munitiekoffer (de Engelsen sleuren nu eenmaal graag met die dingen
door een grot). De batterij zit in een aparte kist.
HUIDIGE TOESTAND
Op dit moment is de toestand nu zo dat in Engeland de "cave radio" algemeen
in gebruik is bij de lokale Speleo Secours (Cave Rescue Organisation). Voor
hen is er geen gesleur meer met telefoondraden doorheen een grot naar de
plaats van het onheil. Eenvoudig twee ammo kisten meenemen, de boel monteren
en er is radiokontakt met de oppervlakte. Desnoods wordt de zend/ontvanger
ook nog verbonden met de telefoon en kan de reddingsploeg onder de grond
in kontakt komen met bijvoorbeeld een ziekenhuis.
In Canada werd een zender gebouwd waarmee diepten tot 350m worden bereikt.
De meeste zenders bereiken echter nog maar steeds een diepte van ongeveer
150m.
In Engeland bestaat er ook een groep van ge?teresseerden in grotradios
die zich de CREG (Cave Radio & Electronics Group) noemen. Zij zijn een onderdeel
van de BCRA (British Cave Research AsSociétéation). Deze mensen zijn intens
bezig met experimenten op het gebied van radioverbindingen in grotten. Hier
is ook de lokatiezender geboren. Een zender die werkt op zeer lage frequenties(3KHz)
en waar zeer nauwkeurig een plaatsbepaling aan de oppervlakte mee kan gebeuren.
Jan Geboers heeft zulk een zender en ontvanger gebouwd en hij speelt het
klaar om aan de oppervlakte tot op enkele decimeters nauwkeurig de plaats
en de diepte te bepalen waar zich de zender, die ondergronds staat, bevindt
(zie Spelerpes 79).
DE BOUW VAN EEN GROTRADIO
Door omstandigheden liep ik reeds geruime tijd met het idee rond om een
grotradio te bouwen. De Ogofone is echter te ingewikkeld om zo maar te bouwen
(wie ooit eens een spoel heeft moeten wikkelen voor een ontvanger weet waarover
het gaat). Zo kwam ik dan afgelopen winter in kontakt met de CREG. In het
blad dat de CREG uitgeeft ontdekte ik een ontwerp van een nieuwe grotradio.
Opgebouwd met moderne onderdelen bood deze zender alles wat je van zo'n
ding mag verwachten. Klein, robuust, geen spoelen die je zelf moest wikkelen
en vooral een redelijke beschrijving van de schema's.
En zo nam ik kontakt op met de auteur, John Hey, speleoloog, radioamateur
(G3TDZ), ingenieur elektronica en vooral, zo zou later blijken, een bereidwillig
persoon.
De bouw van de zend/ontvangers was niet eenvoudig. Niettegenstaande de
schema's van John moesten er nog enorm veel problemen van allerlei aard
opgelost worden. Mensen in mijn omgeving geloofden niet in de haalbaarheid
van het projekt, hetgeen mij nog meer motiveerde om door te zetten. In de
eindfase werkte ik elke avond aan de zenders, soms tot 2 uur in de morgen.
John en ik faxten tot tweemaal per week met elkaar om problemen op te lossen
die zich tijdens de bouw voordeden.
Op 2 juni 1996 was het dan zover en werd de eerste veldtest in een grot
uitgevoerd. Samen met Patrick van onze club heb ik dan een radioverbinding
gemaakt doorheen 60m rots. De verbinding was zeer goed wat wil zeggen dat
we elkaar probleemloos konden verstaan. Het was voor zover ik weet de eerste
keer in Belgiëdat er een draadloze verbinding werd gemaakt tussen iemand
in een grot en iemand aan de oppervlakte.
Aan de ontvanger diende echter nog wat te gebeuren om het resultaat optimaal
te maken. Na nog wat soldeerwerk en een fax naar John werd er dan op 16/6
een tweede test gedaan tussen de oppervlakte en de sifon van de Trou Weron.
106m diepte werden er overbrugd (zie foto hiernaast).
De grot ligt echter onder de hoogspanningslijnen die boven de wei lopen.
De storingen hierdoor veroorzaakt maakten dat de verbinding niet optimaal
was. Een derde test werd gedaan tussen de sifon in de Grotte St.Anne en
het bos erboven. Er werd zonder problemen kontakt gemaakt,
de diepte werd door Jan Geboers gepeild en bedroeg 95m.
Onlangs, in oktober '96, zat onze club in Engeland en namen we deel aan
een "field-meet" van de CREG. Plaats van het gebeuren was een oude kopermijn
nabij Richmond. Met verschillende grot-radio's werd ge?perimenteerd en
de mijne haalde een bereik van 140 m doorheen pure rots. Dit wil zeggen
dat de stem nog net verstaanbaar is, zij het zwak. Gaat men nog verder dan
overstemt de ruis de stem volledig.
HOE ZIET ZO'N DING ER NU UIT?
De zend/ontvanger heeft de grootte van een flinke autoradio, echter minder
diep. Op de front zitten de bedieningsknop en schakelaars en de aansluitingen
voor microfoon, antenne en de batterij. Dit alles past in een munitiekoffertje
waarin ook nog een vak gemaakt is waarin de batterij past met de microfoon
en een doekje om de boel proper te houden. In de munitiekoffer zit er rond
de zend/ontvanger schokdempend materiaal. De koffer sluit waterdicht af.
De antenne bestaat uit een zeskant van 22 windingen soepele draad van
0,75mm?, en heeft een diameter van 1 meter. De antenne is gemonteerd op
drie kruiselings gemonteerde houten latten. Alles is zodanig gebouwd dat
de antenne kan opgevouwen worden en kan vervoerd worden in een PVC rioolbuis
van 110mm , voorzien van een waterdicht deksel.
De zender werkt op 87KHz, in SSB modulatie en geeft een uitgang van 10W.
In feite moeten we praten over induktiezenders, omdat het de induktiegolven
zijn die in de aarde doordringen.
DE WERKWIJZE
De zender is voorzien van een "baken". Wanneer men dit inschakelt zendt
de zender automatisch een soort van morse-signaal zodat het mogelijk is
om met de ontvanger de zender op te sporen. Dit baken is zeer krachtig zodat
het over een grote afstand kan worden opgevangen.
De ene zender wordt in de grot geplaatst, de antenne wordt plat op de
grond gelegd. Als dit klaar is wordt het baken ingeschakeld. De zender begint
nu te zenden in morsecode. Aan de oppervlakte wordt dit signaal met het
andere toestel ontvangen. De antenne aan de oppervlakte wordt vertikaal
gehouden. Door te draaien met de antenne kan de plaats bepaald worden waar
de zender zich bevindt. Wanneer er geen signaal ontvangen wordt wijst de
antenne in de richting van de zender. Eens deze plaats bepaald is, begeeft
men zich er zo dicht mogelijk naartoe. Dan wordt ook deze antenne plat op
de grond gelegd en wordt er stemkontakt gemaakt.
PRAKTISCH NUT
Wat kun je nu met zo'n zend/ontvanger doen?
- Tijdens reddingen onder de grond: het voordeel van radio kontakt tussen
de redders ondergronds en de oppervlakteploegen spreekt voor zich. Daarbij
is het makkelijker om een zender door een grot te dragen dan een telefoonlijn
te moeten leggen. Bovendien is het mogelijk om de bovengrondse zend/ontvanger
te koppelen aan de telefoon of aan een andere zender zodat ondergrondse
redders in kontakt kunnen komen met bv. een arts of een expert.
- Tijdens exploraties in zeer crue gevoelige systemen kan het nuttig
zijn dat de ploeg onder de
grond
op de hoogte wordt gehouden van de weersomstandigheden boven de grond.
- Tijdens duik-exploraties. De zend/ontvanger werkt ook tussen twee delen
van een grot of twee verschillende grotten. Zo kan er een zend/ontvanger
opgesteld worden voor een sifon en kan het andere toestel meegegeven worden
met een duiker die het dan opstelt achter de sifon. Aldus is er stemkontakt
tussen de duiker en de niet-duikers. Dit is zeer geruststellend (voor beide
partijen) en laat de duiker toe om eventuele problemen te signaleren.
- Een ondergrondse ploeg kan haar terugkeer aankondigen zodat de oppervlakteploeg
het bier te koelen kan zetten...
- Voor het maken van plaats- of diepte bepalingen. Het toestel laat immers
toe om op identieke wijze als met het "radio-lokatieapparaat" een plaatsbepaling
te doen (waarbij men het "baken" opzet). Hierbij heeft men het enorme voordeel
dat er stemkontakt is tussen beide ploegen wat het mogelijk maakt om op
één dag, meerdere plaatsbepalingen te doen. Zonder stemkontakt moet men
dit alles vooraf afspreken en in een strak tijdschema gieten, dat dan ondergronds
vaak onhaalbaar blijkt.
Het maken van een diepte-bepaling gebeurt door het meten van de hoek
van de golven. Dit gaat als volgt: Allereerst wordt de plaats aan de oppervlakte
zo nauwkeurig mogelijk bepaald en gemarkeerd (antenne vertikaal; zoals beschreven
in Spelerpes 79). Dan verwijdert men zich enkele meters van dit nulpunt,
houdt men de bovengrondse antenne horizontaal en kantelt ze traagjes naar
beneden, tot het signaal verzwakt en uitdooft. Men meet met een clinometer,
bij voorkeur een elektronische clinometer, de helling van het frame van
de antenne. De diepte kan dan afgeleid worden uit de
formule:
Diepte = 2L / V((9tan?) + 8-3tan?)
waarbij:
V=vierkantswortel
L= afstand tussen nulpunt en centrum van de antenne
? hoek tussen antenne en aarde (helling van de antenne)
Een eenvoudiger alternatief is om de plaats te zoeken waar de hoek van de
antenne 45? bedraagt. De diepte is in dat geval 1,77 maal de afstand tot
het nulpunt . Dit is op het terrein benaderend te bereken door de afstand
te vermeningvuldigen met 2 en er dan 10% van af te trekken...bv:
22 m x 1,77 = 38,9 m
of.. 22 m x 2 = 44 m -10% = 39,6 m.
SLOT
Waarom ben ik aan de bouw van deze toestellen begonnen?
Simpel omdat het me mateloos interesseert en ook omdat het tijd werd
dat er eens zo'n toestel werd gebouwd in België Ik hoop dat er door de
bouw van deze zend/ontvangers meer mensen komen die willen experimenteren
met elektronica voor de speleologie.
In Engeland experimenteren ze nu met zogenaamde Cave Pagers. Een soort speleopieper
waarmee verschillende ondergrondse ploegen tegelijkertijd kunnen gewaarschuwd
worden.
Ik ben er dan ook van overtuigd dat binnen enkele jaren zend/ontvangers
in de speleowereld gemeengoed zullen zijn. Ze zullen altijd kleiner worden
en dieper kunnen doordringen in de aarde. Misschien komt er een dag dat
er iemand op -1000 draadloos praat met iemand aan de oppervlakte...
Ik heb ook nog een artikel geschreven met een uitleg over de werking van
het fenomeen "induktieradio". Hierin staan de werkingsprincipes van induktieradio
en de uitleg waarom één en ander juist zo moet of juist zo niet mag zijn.
Indien er mensen geinteresseerd zijn kunnen ze mij hieromtrent steeds kontakteren.
Mensen die meer informatie hebben over induktieradio, over experimenten
die in Belgiëreeds werden uitgevoerd of die zelf ge?teresseerd zijn in
induktieradio kunnen mij steeds kontakteren
Jorens Herman, Randerode 68, 2940 Stabroek, Belgie
tel:03/568.16.45 fax:03/561.40.56 (t.a.v. Jorens H.)
Wil je meer weten over grotradio's, en dan meer bepaald het in Frankrij
ontwikkelde "Nicola" systeem, surf dan naar de pagina's van Graham Naylor,
de ontwerper ervan:
http://naylorgr.perso.cegetel.net/cave_radio/
LAATSTE NIEUWS!! 350 m bereikt!
Actueel experimenteren we met totaal andere antennes. Deze bestaan
stomweg uit twee electriciteitsdraadjes die in tegengestelde richting op
de grond worden uitgezet en aan de uiteinden in de grond worden vastgeprikt.
Hoe langer de draden, hoe dieper men kan communiceren. In april 98
werd door ons, met draden van 17 m lang, in een zuid-franse grot een test
uitgevoerd. Een verbluffend kristalheldere stemcommunicatie werd aldus tot
stand gebracht, op 350 m diepte! Wat een gevoel om Herman droogweg
te horen zeggen: "ik lig hier in het gras te zonnen, en naar de vogeltjes
te luisteren"... terwijl voor ons de weg omhoog nog h?l lang was.
Dit nieuwe systeem opent enorme perspectieven. Allereerst zijn deze
antennes supercompact: een handvol opgerold electriciteitssnoer volstaat.
Tevens halen we nu dieptes die er mogen zijn, en 't bijlange niet de limiet:
ook de Fransen hebben John Hey's grotradio nagebouwd en in de Dent de Crolles
werden er dieptes mee gehaald boven de 600 meter (met antennedraden van
80 m lang weliswaar)! Het is duidelijk dat deze radio's de komende
jaren tot de standaarduitrusting zullen behoren van elk exploratie-team
dat in grote of diepe grotten werkzaam is of er bivakkeert. Wordt vervolgd,
wij houden U op de hoogte!
|