Graham NAYLOR, Physiker beim Europäischen Synchrotron in Grenoble, ist Mitglied von des Isere Höhlenrettungsteam und arbeitet in Zusammenarbeit mit ADRASEC 38 bei der Entwicklung eines neuen Höhlen Kommunikationssystems.  In nebenstehendem Bild ist Graham der Dritte von Links. Er erklärt die Arbeitsweise des Systems NICOLA Mitarbeitern der Gendarmerie der PGHM und  Leutnant ROMARY vom Technischen Departement der Gendarmerie National von Rosny-sous-Bois während Tests in der Höhle von Sassenage (Nähe Grenoble) infolge der zukünftigen Nutzung durch die Mitarbeiter der PGHM.

Inhalt

Übersicht technische Daten

Blockdiagramm

Beschreibung

Die hier gezeigte Einheit ist in einem schützenden Behälter für den unterirdischen Gebrauch untergebracht. Es wird empfohlen, das Gerät in einem wasserdichten Behälter zu transportieren um übermässige Verunreinigungen mit Schlamm und Wasser zu vermeiden. Das Mikrofon ist fest verdrahtet, um Kontaktierungsproblem bei Steckern und Verbindern zu vermeiden. Ein Verbindungsstecker ist vorhanden, um zukünftige Erweiterungen zu ermöglichen, z.B. digitale Kommunikation oder Fernbetriebseinrichtungen.

Das System wurde bei verschiedenen Expeditionen im Ausland wie Spanien, Mexiko und China eingesetzt, aber auch in Frankreich. Unter anderem war das Gerät im März 2000 über 20 Tage bei einer Rettung im Feldeinsatz. Die Einheit ist von ihren Abmessungen besonders geeignet für die in der Höhlenforschung üblichen wasserdichten Behältnisse wie Pelikan-Boxen oder Tauchcontainer.

Das Gerät hat Verbindungsmöglichkeiten zum Anschluss einer externen Batterie. Zwei Schnellverschlussstecker sind für den Anschluss der Antennendrähte vorbereitet. Ein Lautstärkeregler und ein 3-Positionsschalter für das Einstellen der Sendeleistung sind eingebaut. Die drei optischen Anzeigen haben folgende Funktionen:

Das  System NICOLA wird ab Batterien mit 12V bis 15V versorgt. Nebenstehend ist ein Blick in das Innere des Geräts möglich und zeigt die flache Hauptplatine. Alle Verbindungen zur Frontplatte sind über eine separate Platine unter dem Deckel geführt. Weiter ist Platz vorhanden, um 10AA Batterien unterzubringen (ergibt etwa 2-3 Stunden intensiven Einsatz mit Duracell Ultra Zellen).

Die Ausgangsstufe verwendet eine Reihe von 4 Niederprofil-Transformern, welche direkt auf der Platine aufgebracht sind und der Anpassung von Endstufen-  und Bodenimpedanz dienen. Die Primärwicklungen sind dabei parallel geschaltet und je nachdem in welcher Position sich der Drehschalter befindet, werden 1,2 oder 4  Sekundärwicklungen in Serie an den Ausgang geschaltet. Der Lautsprecher ist direkt im Handset eingebaut.

Das Design widerspiegelt in etwa ein Jahr Arbeit an Abenden und Wochenenden. Mehrere Prototypen wurden gebaut, die vorliegende Version ist die vierte.
 
 
  

Sicht auf die oberflächenbestückte (SMD) Seite der Hauptplatine.

 

Schutz des Geräts durch eine wasserdichte Box.

Zusammenbau eines Geräts

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Bedienung

1. Die Antennendrähte werden vom Gerät aus in entgegengesetzter Richtung zu Punkten verlegt, wo eine gute Erdverbindung hergestellt werden kann. Die Erdverbindung kann unterirdisch mit etwa 10m Geflecht, wie es für die elektrischen Weidezäune verwendet wird, erstellt werden. Dazu wird dieses in einen wassergefüllten Kolk, feuchten Lehm oder Erde gelegt oder vergraben. Auf der Oberfläche können Metallpfähle (oder grosse Zelthäringe) eingesetzt werden. Die symmetrische Anordnung der Antennendrähte ist nicht wichtig, jedoch sollte ein Abstand zwischen den Elektroden von etwa 1/6 der Distanz zu der unterirdischen Station angestrebt werden.
2. Wenn die Erdverbindungen erstellt wurde, wird die Batterie angeschlossen und die rote LED leuchtet auf.
3. Der Drehschalter (3 Positionen) wird auf Stellung 1 gesetzt. Nun wird gleichzeitig ins Mikrophon geblasen und der Sendeknopf gedrückt. Falls die orange LED nicht aufleuchtet, wird der Schalter eins höher gestellt und wiederum während gedrückter Sendetaste ins Mikrophon geblasen. Diese Schritte werden solange durchgeführt, bis die orange LED zu leuchten beginnt.
4. Korrekte Anpassung an die Antennenverhältnisse ist nun durchgeführt. Mit exzellent niederohmigen  Elektrodenkontakten wird der Schalter auf Stellung 1 sein, mit normalen Kontaktierungen auf Stellung 2 und bei schlechten Erdverbindungen oder unterbrochenen Antennendrähten auf Stellung 3.
5. Wenn einmal eine Sprechverbindung durchgeführt werden konnte und die Empfangsqualität  bei der anderen Station dies zulässt, kann der Schalter auf die nächst tiefere Stellung zurückgesetzt werden, um die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen.

 

Zwischen der Höhlenstation und der Oberfläche ist eine ständige Zusammenarbeit notwendig und beide Parteien müssen Übermittlungszeiten und -Orte koordinieren. Die Oberflächenstation muss jederzeit empfangsbereit sein. Die Höhlenstation sollte auch vor oder nach der ausgemachten Zeit versuchen können, eine Meldung abzusetzen. Es kann auch nötig werden, dass sich die Oberflächenstation örtlich verschieben muss, wenn diese feststellt, dass der Empfang schlechter wird. Eine Loopantenne kann hilfreich sein, die Stelle mit dem stärksten Signal zu orten. Die Verwendung von geerdeten Antennenleitungen (vorausgesetzt diese sind genügend lang) führt normalerweise zu signifikant stärkeren Signalen als mit einer Loop-Antenne. Es ist wichtig, eine hohe Verbindungssicherheit zwischen der unterirdischen Station und der Oberfläche zu erreichen, da die Oberflächenstation häufig mit intensiven atmosphärischen Hintergrundgeräuschen konfrontiert ist und die Empfangsqualität darunter stark leidet. Gute Kontaktierung der Elektroden ist wichtig, um die beste Signalabstrahlung zu erreichen.

Der Empfang unterirdisch ist häufig besser als derjenige an der Oberfläche. Die Ursache dafür sind die starken atmosphärischen Störungen im LF Band. Blitzentladungen produzieren starke Signale im LF Band, welche sich aufgrund von Erdungseffekten bis zu 1000km ausbreiten.

Unterirdisch sind diese parasitären Störungen  beträchtlich abgeschwächt  (ausser die Höhle ist nur knapp unter der Oberfläche). Die Intensität dieser Rausch- oder Lärmquellen variiert deutlich von einem Tag zu einem anderen und zwischen Tag- und Nacht aufgrund von starken Änderungen in den Ausbreitungsbedingungen dieser Störsignale.

Die LORAN C Sendeanlagen sind ebenfalls Ursache von beträchtlichen Störungen in der Region 80-130kHz. Mit den im Nicola System  verwendeten 87kHz, obwohl bis über 1000m Überdeckung manchmal möglich wären, sollte die Distanz zwischen zwei Station in der Praxis nicht mehr als 500m betragen. Damit kann eine zuverlässige Verbindung erreicht werden. Diese Distanz ist normalerweise ausreichend, auch um die tiefsten französischen Höhlen abzudecken, da meistens die Oberfläche über dem tiefsten Punkt in einer Höhle sich gegenüber dem Eingang deutlich in einer tieferen Lage befindet. In Fällen, wo weite Distanzen überbrückt werden müssen, ist es häufig hilfreich, die lokale geologische Situation zu berücksichtigen und die bestmöglichen (und bestleitenden)  Schichtverläufe zu verwenden. Manchmal ist es notwendig das bestmögliche Empfangssignal so zu suchen, indem die unterirdische Mannschaft ihr Gerät zu einem Beacon schaltet (dauernde Aussendung eines Signals, Leuchtfeuer) und die Oberflächenmannschaft wie weiter oben erwähnt mit einem Loop den besten Standort zuerst suchen muss.
 

Produktionsunterlagen

• Die Produktion der Platine und deren Bestückung wird aus Sicht der Qualität am besten einer Elektronikfirma übertragen. Dazu ist es preislich sinnvoll, eine grössere Stückzahl aufzugeben. Gerber Daten für die Platinenproduktion sind bei Graham Naylor erhältlich. Das Bestücken und Löten einer Platine mit den verwendeten Komponenten von Hand ist möglich, setzt jedoch gute Qualität und Lötstopplack voraus.
• Stückliste.
• Schema/Schaltplan.
• Bestückung und Layout der SMD Seite  !!250k!!
• Bestückung und Layout der Komponentenseite !!290k!!
• Bohr/Fräskoordinaten der Frontplatte
• Frontplatten Verdrahtungsplan.
• Platinenvorlage für die Frontplattenanschlüsse  (empfohlen, um einen Kabelwirrwarr zu verhindern)
• Abgleich und Inbetriebnahme des Geräts.