Friesegerät

[Baron]

Um das PI Thema nicht unnötig zu verwässern.
Durch den deutschen (Ramsloh) und französischen U-Boot Langwellensender können Anomalien im Boden mit einer Ferritantenne mit Empfänger geortet werden. Da beide Sender mit verschiedenen Frequenzen arbeiten und aus verschiedenen Winkeln durch den Boden strahlen, sollte bei der Anomaliensuche das Gerät mit den verschiedenen Frequenzen arbeiten können.
Falls etwas falsch wiedergegeben wurde, lasse ich mich gerne belehren.

Gruß
Micha

[BOBO]

Auch das bekannte Funkuhrensignal DCF77 kann verwendet werden.

Auch das EMFAD basiert auf dieser Technik, benutzt aber einen eigenen Sender. Frequenz müsste ich nachschauen.

Gibt sogar ein Buch von Wolfgang Friese zu dem Thema:
Der Selbstbau von LF-, VLF-Ortungsgeräten - Wolfgang Friese - Google Books
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Bildquelle

Es gab zu der Entwicklung auch mal zwei gute Artikel in der Zeitschrift "Funkamateur" - leider kann ich aber nicht mehr genau sagen, welche Ausgabe es genau war und in welchem Jahr. Aber ich habe die Abschrift von mir auf meiner HD noch liegen:

Einfache Ortungsgeräte auf VLF-/LF-Basis (1)
Längstwellen lassen sich aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften auch zur Ortung unterirdischer Objekte ausnutzen. Darauf aufbauend werden in zwei Folgen verschiedene Ortungsgeräte beschrieben, wobei teilweise Platinen des im FA vorgestellten LIAP-Systems Verwendung finden.

Die Ausbreitungsbedingungen von Längstwellen sind meistens konstant und die sehr weit reichende Bodenwelle wird weniger von der Tages- oder Jahreszeit beeinflusst als bei höheren Frequenzen. Auch die Raumwelle unterliegt bei der Reflexion an der lonosphäre recht stabilen Verhältnissen, sodass Betrag und Phase der Aussendung am Empfänger fast konstant sind. Zu diesen positiven Ausbreitungsbedingungen gesellt sich eine Eigenschaft der Längstwellen, die nur den elektromagnetischen Wellen mit tiefen Frequenzen eigen ist: Sie dringen in leitfähige Materialien wie den Erdboden und das Wasser ein.

Die Eindringtiefe richtet sich dabei nach der Leitfähigkeit des Bodens bzw. des Wassers und der genutzten Wellenlänge. Je größer diese ist, d.h., je geringer die Frequenz ist, um. so tiefer dringen die Wellen in den Boden ein. Bei guter Leitfähigkeit können das bis über 100 in sein. Dort breiten sie sich parallel zur Erdoberfläche aus. Unterschiedliche Leitfähigkeiten der Schichten beeinflussen die Dichte der Feldlinien. An den Stoßstellen kommt es zur Ausbildung von Wirbelströmen, die ein Sekundärfeld erzeugen.

Geologische Untersuchungen mit den Längstwellen

Die von starken Längstwellensendem abgestrahlten Wellen lassen sich für Untersuchungen des Bodenuntergrunds benutzen, sodass keine eigenen Sender erforderlich sind. Mit speziellen Messapparaturen kann man somit magnetotellurische Messungen durchführen. Dabei sind sowohl Leitfähigkeitsanomalien als auch tektonische Störungen in tiefer liegenden Schichten erkennbar. Aus Real- und Imaginärteil der vertikalen Feldkomponente in Bezug auf die horizontale Komponente lassen sich die Daten zur Erkennung der unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermitteln. Aber auch mit einfacheren Messungen können schon beachtliche Ergebnisse erzielt werden.

Einfache Feldstärkemessungen der vertikalen magnetischen Komponente erlauben Rückschlüsse auf die Leitfähigkeit der Schichtung unter dem Sensor. Befinden sich z.B. Metallrohre oder Leitungen im Boden, so lässt sich mit einer darüber bewegten Messspule die durch die Erhöhung des magnetischen Flusses ansteigende Induktionsspannung messen. Die Spannungsänderung richtet sich dabei nach der Größe des unterirdischen Gegenstands und dessen Abstand von der Erdoberfläche. Weitere Grenzen setzen aber auch der Abstand des Senders und selbstverständlich die Leistungsfähigkeit der Sensorspule.

Anforderungen an einfache Längstwellen-Ortungsgeräte

Gemeinsam mit J. Haase und Wolf-Dieter Holz vom Team Delta (3) habe ich ein Konzept für den Aufbau einfacher, aber sehr wirkungsvoller VLF-/LF-SelbstbauOrtungsgeräte erarbeitet. Die Schaltungen lassen sich mit dem im FA vorgestellten UAP-Platinensystern realisieren. Das Konzept gestattet es auch Hobby-Elektronikein und Funkamateuren, die nicht über ein spezielles Messequipment verfügen, diese Geräte aufzubauen. Ein möglichst großer Rahmen zur individuellen Gestaltung der Geräte, sowohl vom Schaltungsaufwand als auch vom Design her und zwangsläufig auch in preislicher Hinsicht, wurden als wesentliche Bestandteile in die Planungen integriert. Darüber hinaus sollte eine hohe Funktionstauglichkeit erreicht

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Durch den Aufbau auf ein AluminiumU-Profil mit einer gewichtsmäßig ausbalancierten Aufteilung der Komponenten lässt sich das Ortungsgerät, hier Versuchsgerät 2, leicht tragen und bedienen.

DCF77 als Signalquelle

Kommerzielle Messgeräte, die im VLF-Bereich arbeiten, verfügen oft über einen abstimmbaren Frequenzbereich, z.B. 15 bis 25 kHz. Es lässt sich dann der für den Messort geeignetste Längstwellen-Sender nutzen. Für ein einfaches Selbstbaugerät bringt dieses Konzept allerdings Schwierigkeiten mit sich. Einige Stufen des Gerätsmüssten dazu selektiv abstimmbar ausgeführt werden, oder noch besser wäre eine Frequenzumsetzung mit ZF-Stufen. Dieses Verfahren engt jedoch den Kreis der Anwender, die ihr Gerät selber aufbauen können, von vornherein zu stark ein.

Außerdem fielen die Aussendungen der starken, meist militärischen Längstwellensender im unteren Frequenzbereich durch einen relativ häufigen Wechsel der Signalpegel auf, auch muss hier mit Abschaltungen gerechnet werden. Diese Gründe gaben den Ausschlag für eine Überprüfung der Möglichkeit, das Signal des Senders DCF77 in Mainflingen für die Messungen heranzuziehen. Folgende Punkte sprechenfür die Benutzung der DCF77-Signale:

• die zentrale Lage des Senders,
• die konstanten Aussendungen, ohne zwischenzeitliche Abschaltungen und
• die immer wiederkehrende Signalfolge.

Folgende Punkte sprechen dagegen:

• die relativ hohe Frequenz und damit reduzierte Eindringtiefe des Signals sowie
• der große Pegelhub beider Aussendung des Minutentakts.

Testergebnisse

Ich baute drei Geräte mit unterschiedlicher Schaltungsstruktur. Die ersten beiden Geräte verfügen zusätzlich über eine Vergleichsmöglichkeit, die Arbeitsfrequenz lässt sich auf die 23,4-kHz-Sendefrequenz des deutschen Marinesender Ramsloh umschalten.

Die Geräte wurden zunächst in Siegen auf ihre Leistungsfähigkeit überprüft. Mit beiden Frequenzen ließen sich hier Gasrohre, Kabel und Wasserleitungen sehr genau orten. Ich war erstaunt, eine alte, meiner Meinung nach auch völlig verrottete Brunnenleitung, die an einigen Stellen mehrere Meter überschüttet ist, aufzuspüren und verfolgen zu können.

Herr Holz vom Team Delta testete dann das zweite Gerät intensiv an verschiedenen Orten in Thüringen, Brandenburg und Sachsen. Mit Referenzmessungen an Objekten, deren unterirdische Bestandteile von der Lage und den Ausdehnungen her bekannt waren, erzielte er folgende Ergebnisse: Größere Bunker sind bis zu einer Überdeckung von mindestens 10 in eindeutig zu orten und als solche vor Ort ohne Zuhilfenahme von Auswerteprogrammen zu identifizieren. Stollen sind ebenfalls bis zu dieser Tiefe eindeutig zu orten und im Verlauf zu verfolgen. Hierzu sind ebenfalls keine Auswerteprogramme erforderlich. Im Erdboden bis in 5 in Tiefe befindliches Mauerwerk kann ohne Probleme geortet werden, ohne Auswerteprogramme zu Hilfe zu nehmen.

Metallische Wasserleitungen sowie im Erdboden befindliche Kabel und Leitungen aller Art lassen sich, auch wenn sie nicht in Betrieb sind, ohne Signaleinspeisung problemlos verfolgen. Das funktioniert mit dem Ortungsgerät 2 bis in Tiefen von etwa 5 in. Geologische Störungszonen und -körper sind ebenso wie kleine Stollen mit größeren Überdeckungen zu orten, wofür Auswerteprogramme zur Anwendung kommen sollten. Hierbei ist aber der Zeitfaktor zu berücksichtigen. Die bei den Messungen gegenüber anderen Verfahren gewonnene Zeit wird für die Auswertung benötigt. Die Messungen werden durch folgende Faktoren beeinträuchtigt oder unmöglich gemacht:

• Das Sendersignal muss in ausreichender Feldstärke zu empfangen sein. Messungen am Fuße von Steilhängen mit einem Hochplateau in Senderrichtung dahinter sind nicht möglich.
• Kabel und Leitungen über der Erdoberfläche, auch wenn sie nicht in Betrieb sind, machen Messungen von darunter oder daneben liegenden Strukturen unmöglich. Das trifft beispielsweise auf Hochspannungsleitungen, Weidezäune und Leitplanken zu.

Insgesamt gesehen übertrafen die Ergebnisse aber bei weitem meine Erwartungen.



Funktionsprinzip eines Ortungsgeräts

Bild 2 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild eines Längstwellen-Ortungsgeräts. Diese Minimalausführung erleichtert das Verständnis der Arbeitsweise des Geräts. Ganz links ist die Antenneneinheit dargestellt. Die Messspule ist auf einen Ferritstab gewickelt.

Die Kreiskapazitäten zur Abstimmung befinden sich mit dem Antennenanpassverstärker in einem gesonderten Gehäuse. Die Abstimmkondensatoren bilden mit der Antenneneinheit einen Schwingkreis. Dieser wird auf den Sender, der das Messsignal liefern soll, abgestimmt. Der Anpassverstärker verfügt über eine hohe Eingangsimpedanz, um den Schwingkreis nicht unnötig zu bedämpfen.

Neben der Impedanzwandlung sorgt diese Stufe für die Vorverstärkung. Die Folgestufe ist eine Verstärkerschaltung, die mehrstufig ausgeführt werden sollte. Da insgesamt eine sehr hohe Verstärkung zu erzielen ist, wirkt sich auch eine räumliche Aufteilung sehr günstig aus - Rückkopplungen werden so wirkungsvoll unterdrückt. Ist das Signal genügend hoch verstärkt, so kann es einem Gleichrichter zugeführt werden. Bei bipolarer Versorgungsspannung bietet sich die Realisierung mit einem aktiven Präzisionsgleichrichter an.

Das gleichgerichtete Messsignal wird zu einer Pegelanzeige weitergegeben. Das kann z.B. eine zehnstufige LED-Zeile sein - es ist aber auch möglich ein analoges Zeigerinstrument zu benutzen. Ändert sich nun die magnetische Durchflutung in der Messspule, so ändert sich die induzierte Spannung in der Spule geringfügig. Durch die hohe Verstärkung ergibt sich am Ausgang eine große Gleichspannungsänderung, die nun angezeigt wird.


Mechanischer Aufbau der Geräte

Es hat sich als günstig erwiesen, die unterschiedlichen Baugruppen in verschiedenen Gehäusen auf einer Aluminium-U-Profilschiene zu montieren. Das zuunterst angeschraubte Kunststoffgehäuse der Antenneneinheit sollte auf keinen Fall über die Aluminiumschiene herausragen. Es ist nahezu unmöglich, beim Orten im unwegsainen Gelände alle Unebenheiten zu überblicken und jeden größeren Stein zu sehen. Das Montageprofil schützt die Antenneneinheit vor Stößen und vor Aufschrammen auf dem Untergrund. Da die Antennenspule beim Messen unbedingt senkrecht ausgerichtet sein soll, ist eine geschickt ausbalancierte Platzierung der verschiedenen Funktionsgruppengehäuse notwendig.

Die Box mit der kapazitiven Abstimmeinheit und dem Anpassverstärker sollte deshalb auf die der Antenneneinheit abgewandten Montageseite befestigt werden. Führt man die Verbindungskabel steckbar aus, so lassen sie sich bei ausreichend großen Durchgangsbohrungen des Montageprofils komplett abnehmen. Für die Unterbringung der Platinen zeichnen sich Aluminium-Spritzgussgehäuse durch ihre Robustheit und ihr elektrisches Abschirmverhalten besonders aus.

Darüber hinaus lassen sie sich hervorragend bearbeiten. Platziert man einen Teil der Verstärkerstufen in das Gehäuse der Antennenanpassstufe und setzt für die Anzeige- und Bedieneinheit ein Exemplar mit ausreichender Größe ein, so können darin alle restlichen Stufen, ebenso wie die Batterien bzw. Akkumulatoren, untergebracht werden. Zum Schluss montiert man den Haltegriff so, dass sich das Gerät beim Tragen in senkrechter Stellung befindet, der Griff darf dabei die LED-Anzeigezeile nicht verdecken.

Antenneneinheit

Um eine leistungsfähige Antenne zu erhalten, wickelt man die Antennenspule auf einen großen Ferritstab mit hoher Permeabilität. Eine sehr sorgfältig angebrachte Schinnung ist an der Innenseite des Kunststoffantennengehäuses unbedingt erforderlich. Diese sollte den Ferritstab längsseitig überlappend umgeben, wobei es an den Überlappungsstellen keine elektrisch leitenden Verbindungen geben darf. Die Schirmung würde sonst als Kurzschlusswicklung wirken und dem Schwingkreis einen Kreisstrom entziehen. Für das Schirmblech kann dickere Aluminiumfolie, die sich noch mit der Schere schneiden läusst, Verwendung finden.

Das abgesetzte Stück für den Kunststoffdeckel erhält mit einem kurzen, querschnittsmäßig ausreichend bemessenen Draht eine Verbindung zur Hauptschirmung. Diese liegt auf dem Bezugspotenzial der Antennenspule - auch der Schirm des Koaxialkabels mit Cinchsteckem ist hier aufgeldgt. Bei unsachgemäßer Schirmung, die z.B. Längsschlitze aufweist, kann es durch den Antenneneffekt zu einer verstärkten Unsymmetrie der Richtungsempfindlichkeit kommen.

Der Ferritkern lässt sich mittels Abstandshalter mittig im Gehäuse mit ungefähr gleichen Distanzen zu den Schirmungsblechen montieren - mindestes 5 mm sollten aber unbedingt eingehalten werden, da es sonst zu einer, wenn vielleicht auch geringfügigen, Bedämpfung kommen kann. Durch diesen Effekt würde sich auch der Schwingkreis verstimmen; auf jeden Fall ist der Abgleich erschwert. Besser ist es daher, die Abgleichkondensatoren außerhalb der Antenneneinheit unterzubringen. Noch eine Bemerkung zu den Ferritstäben: Diese sind heutzutage leider nicht billig, große Restposten sind zudem sehr rar geworden. Ich habe bei meinen Untersuchungen vorrangig Ferritkerne aus der laufenden Fertigung berücksichtigt, damit sich die Messergebnisse auch verifizieren lassen.

Mit den bei mir verwendeten, schwergewichtigen Rechteck-I-Kernen bzw. den einfacher zu handhabenden, zylindrischen Ferritstäben von Amidon (5) mit mindestens 10 cm Länge und 1 cm Durchmesser aus dem Kernmaterial #33 erzielte ich im VLF-Bereich mit Abstand die überzeugendsten Ergebnisse.

Allerdings erbrachten einige größere Ferritstäbe aus dem Restposten-Lagerbestand recht zufriedenstellende Ergebnisse. Insbesondere die Möglichkeit mit passenden Spulenkörpern kapazitätsarme Kammerwicklungen aufzubringen und die Antennenspule mit hoher Windungszahl in Eigenresonanz zu betreiben, stellte sich als durchaus akzeptabel heraus. Aus diesem Grund sollten diejenigen, die noch nicht zu kleine Ferritstäbe bevorratet haben, sich errnuntert fühlen, durch eigenes Experimentieren vielleicht doch auch zu ganz annehmbaren Ergebnissen zu kommen.

Sollten mehrere Stäbe des gleichen Typs vorhanden sein, so kann als Versuch zur Spannungserhöhung eine Bündel- bzw. Reihenanordnung getestet werden. Kleine Ferritstäbe, die oft bewickelt als DCF77 Fertigantennen vertrieben werden, haben sich als mehr oder weniger untauglich für Ortungszwecke erwiesen. Das Ferritmaterial ist sehr spröde und bruchempfindlich. Bei der Einbaumontage kann dem durch Zwischenlegen von Dämpfungsgummi oder Schaumstoff Rechnung getragen werden. Ein gesonderter Beitrag über Ferritstabantennen wird demnächst im FUNK-AMATEUR erscheinen.

Abstimmeinheit

Um eine genaue Abstimmung der magnetischen Antenne zu ermöglichen, wurde eine Abstimmplatine entwickelt. Mittels 8-poligern DIL-Schalter lassen sich die abgestuften Kondensatoren auf Resonanz abgleichen. Ein letzter Feinabgleich kann gegebenenfalls mit dem Trimmkondensator erfolgen. Mit dieser Platine erfolgt sowohl der Erstabgleich, als auch ein späteres Nachabgleichen, um eventuelle Veränderungen, sei es durch Alterung oder durch mechanische Verstimmung, zu korrigieren.

Arbeitet man ohne Resonanzfilter, so sind unterschiedliche Arbeitsfrequenzen umschaltbar. Die Platine VK 1, Bilder 8 und 9, lässt bei geschickter Auswahl der Kondensatoren die lückenlose Einstellung der Kapazität bis über 10 nF zu. Dabei richtet sich die geringe Restkapazität, d.h., der niedrigst einzustellende Wert bei Ruhestellung aller Schalter und ausgedrehtem Stator des Trimmkondensators, nach dem Minimalwert des Trimmers und der Einbauart der Platine.






Antennenanpassverstärker

Um den Schwingkreis so wenig wie möglich zu bedämpfen, sollte alg erste Verstärkerstufe unbedingt ein nichtinvertierender Elektrometerverstärker mit hoher Eingangsimpedanz zum Einsatz kommen. Dieser Verstärker wird unmittelbar neben der Abstimmeinheit platziert. Er nimmt zugleich die Impedanzwandlung wahr, leitet das Ausgangssignal an Folgestufen mit niederimpedanten Eingang weiter und sorgt auch für die erste Grundverstärkung.

Wien-Brücken-Resonanz-Durchlassfilter

Diese steilflankige Filterstufe lässt die eingestellte Resonanzfrequenz durch und sperrt die Frequenzbänder oberhalb und unterhalb, wodurch das Ortungssystem relativ unempfindlich gegen starke Störstralungen aus dem LF- und VLF-Bereich wird (3). Gleichzeitig erhöht sich die Empfindlichkeit des Geräts. Befindet sich der Messort in weiter Entfernung vom Sender, ist die Durchlassfilterbenutzung äußerst vorteilhaft. Ein weiteres Plus beim Betrieb eines solchen Resonanzfilters ergibt sich durch die relativ hohe Durchlassverstärkung, die ihn diesbezüglich gegenüber anderen Filtermaßnahmen oder einer Quarzkopplung überlegen macht. Für weniger aufwändige Geräte, die nur für einfache Ortungen von Metallrohren, Leitungen usw. in einern nicht zu weitem Abstand des Senders bestimmt sind, kann auf den Einbau des Resonanz-Durchlass-Filters verzichtet werden.

Signalverstärker

Das schwache Sendersignal bedarf einer sehr hohen Verstärkung. Bedingt durch die begrenzte Slew-Rate der Operationsverstärker und Rückkopplungsneigung bei diesen hohen Verstärkungen, sollte sich die Gesamtverstärkung aus mehreren Teilverstärkungen örtlich getrennter Stufen zusammensetzen. Es empfiehlt sich daher, die weiteren Signalverstärker, die elektrisch hinter dem Antennenanpassverstärker bzw. dem Durchlassfilter angeordnet sind, in einem gesonderten Gehäuse unterzubringen.

Wird das Anzeige- und Bediengehäuse in ausreichender Größe ausgewählt, so bietet sich dort die Platzierung an. Die Koppelbzw. Fußpunktkondensatoren bei unipolar betriebenen Verstärkerschaltungen lassen sich so dimensionieren, dass ein zusätzlicher Filtereffekt eintritt. Soll das Ortungsgerät sehr empfindlich sein und auch in einer großen Entfernung vom Sender betrieben werden können, so ist eine Verstärkungsumschaltung mit einer ausreichenden Reserve zu verwenden. (wird fortgesetzt)

Literatur
1. Klawitter, G.; Herold, K., Oexner, M: Langwellen und Längstwellenfunk. Siebel Verlag, Meckenheim 2000
2. Donner, E: Magnetotellurische Messungen im VLF-Bereich. Freiberger Forschungshefte, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1983
3. Holz, W.D.; Jantzen, A.: Team-Delta.
4. Friese, W.: Universelles analoges Platinensystem UAP (2). FUNKAMATEUR 52 (2003) H. 4, S.366-367
5. Profi-Electronic: Homepage, www.amidon.de

Kasten 1: Grenzen bei der Anwendung

Was kann man mit diesem Messprinzip orten?
Lange Metallrohre und Leitungen, größere Hohlräume bis 20 m Tiefe, Mauern und Mauerfundamente mit und ohne Eiseneinlagen, geologische Grenzschichten

Welche Gegenstände sind nicht auffindbar?
Vergrabene Münzen, Gold- oder Silberstücke, Metallteile, Metallkoffer, Schatztruhen usw.
Ausnahme: Kleine Objekte lassen sich dann aufspüren, wenn beim Vergraben ein größerer Erdaushub stattfand, der dann auf der entsprechenden Fläche durch eine sich von der Umgebung abweichende Bodenleitfähigkeit zu einer Messwertabweichung führt. Sind Erfahrungen notwendig?

Das Arbeiten mit aufwändigen, empfindlicher Geräten erfordert eine gewisse Erfahrung, um die angezeigten Messergebnisse schwieriger Objekte auch richtig deuten zu können.

Wolfgang Friese - DG9WF

[BOBO]

Hier dann der zweite Teil aus der Folgeausgabe der Zeitschrift: "Funkamateur"

Einfache Ortungsgeräte auf VLF-/LF-Basis (2)
Nachdem im ersten Teil dieses Beitrags über Geräte zur Ortung unterirdischer Objekte Funktionsprinzip, mechanische Aspekte und einige Module erläutert wurden, folgen nun die restlichen Baugruppen bis zum Anzeigemoduf sowie Tipps zur Inbetriebnahme.

Damit das vom Signalverstärker abgegebene Wechselspannungssignal auf gängigen Instrumenten und Bausteinen zur Anzeige gebracht werden kann, muss es gleichgerichtet werden.

Signalgleichrichtung

Dazu bietet sich die Schaltung eines Präzisionsgleichrichters besonders an. Gleichzeitig kann diese Stufe zur weiteren Signalanhebung benutzt werden. Um den Minutenhub von DCF77 zu kompensieren, ist ein ausreichend dimensionierter Glättungskondensator notwendig. Dieser darf allerdings nicht zu groß gewählt werden, da das Gerät sonst zu träge auf Messwertänderungen reagiert.

Legt man die Integrationskonstante zur Kompensation des Minutentakts von DCF77 nicht wie in den Bildern 16 und 17 umschaltbar aus, so empfiehlt es sich, an den Bestückungsplatz B4 von der Platine UAP6 auf der Leiterbahnseite einen Tantal-Kondensator mit 4,7 µF zu löten.

Bei der Platine UK2 bildet ein zusätzlicher, parallel zum Ausgang geschalteter Elektrolytkondensator mit 47 µF einen vernünftigen Kompromiss. Vorteilhafter ist selbstverständlich eine Umschaltmöglichkeit des Integrationsanteils, wodurch eine optimale Anpassung an die jeweilige Ortungssituation erreichbar ist.

Arbeitet man mit hohen Integrationskonstanten, so muss man selbstverständlich das Bewegungstempo beim Ortungsvorgang reduzieren, da die Reaktionszeit des Gerätes verlangsamt ist. Bei der genauen Ortseinpegelung kann eine schnelle Ausregelzeit Vorteile bringen, auch wenn sich der Minutenhub dann etwas störend bemerkbar macht.

Für die Visualisierung des gemessenen Signals stehen mehrere Varianten zur Verfügung.

LED-Anzeigetreiber

Mit UAP LT kann der in eine Gleichspannung gewandelte Messwert angezeigt werden. Dabei lassen sich unterschiedliche Treiberbausteine einsetzen, die über verschiedene Schrittspannungen und eine unterschiedliche Anzeigedynamik verfügen. Es kann zwischen den Betriebsarten Dot und Bar - Punkt-/Strichanzeige - gewählt werden, wobei die Punktanzeige batterieschonender ist. Das LED-Band sollte gut sichtbar in die Oberseite des Bedien- und Anzeigegehäuses eingebaut werden.

Es können selbstverständlich alternativ auch analoge Zeigeranzeigen oder eine Kombination aus beiden Anzeigetypen zum Einsatz kommen.

Ausgangsverstärker bzw. Monitorverstärker

Diese Verstärker stellen Pufferstufen zu externen Folgegeräten wie Aufzeichnungsgeräten, Digitalmultimetern usw. dar. Sie erlauben es, auch relativ niederimpedante Eingangsstufen anzusteuern, ohne dass die internen Messsignale durch die dann auftretende hohe Belastung verfälscht werden. Je nach Bedarf können diese Verstärker für das Wechsel- oder Gleichspannungsmesssignal ausgelegt werden. Bei den Gleichspannungsverstärkern kann man durch die Wahl eines Summierverstärkers einen zusätzlichen Offset einstellen, der dann einen Grundpegel darstellt. Dadurch ist z.B. ein einfacher Spannungs-Frequenzwandler ansteuerbar, der eine akustische Anzeige mit entsprechender Tonhöhenverstellung darstellt.

Kompensationsprinzip

Durch eine besondere Schaltungstechnik kann die Empfindlichkeit des Geräts noch gesteigert werden. Dazu wird ein Summierverstärker wie im Bild 21 mit zwei Eingängen benötigt. Während der eine Eingang mit dem Messgleichspannungssignal beaufschlagt wird, speist man den anderen Eingang mit einer einstellbaren gegenpoligen Gleichspannung. Nehmen wir an, das Messsignal UE betrage 5 V und die Kompensationsspannung UK wäre auf 2,5 V eingestellt, dann würde sich am Ausgang des Operationsverstärkers eine Spannung UA von -2,5 V einstellen, statt -5 V ohne Kompensation. Dadurch kann die Signalverstärkung auf das Doppelte erhöht werden, um die gleiche Aussteuerung wie ohne Kompensation zu erreichen. Signalunterschiede des Aufnehmers erfahren somit die doppelte Anzeigedynainik.

Die Kompensationsspannung sollte man so wählen, dass bei Vollaussteuerung die LED-Anzeige durch den Kompensationspegel völlig erlischt. Die beim sehr hohen Kompensieren eventuell notwendige, etwas umständliche, Verstärkungsumschaltung zahlt sich durch eine erhebliche Zunahme der Empfindlichkeit und Ortungsgenauigkeit aus. Ein Nachteil der sich dabei insbesondere im Zusammenhang mit der Aussendung des Minutenirnpulses des Zeitzeichensenders DCF77 offenbart, ist die Abschwächung der integrierenden Wirkung der Glättungskapazität. Dieser Effekt lässt sich jedoch durch umschaltbare Kondensatoren, wie in den Bilder 16 und 17 zu sehen, in einem gewissen Rahmen halten.

Besonders bei einfachen Gerämten ist man bemüht, nur eine Spannungsquelle einzusetzen. Bei den Wechselspannungsverstärkerschaltungen und Filterapplikationen ist das relativ einfach zu realisieren.


Schaltungskonzept für unipolare Speisespannung

Problematisch wird es jedoch bei der Umsetzung des Wechselspannungsmesssignals in die entsprechende Gleichspannung. Für diesen speziellen Fall habe ich die Schaltung in Bild 23 entwickelt, bei der mit einem dafür zugeschnittenen Übertrager die Messspannung bezugspotenzialfrei einer Brückenschaltung aus Dioden mit kleiner Durchlassspannung zugeführt wird. Am Ausgang wird das Minus-Potenzial wieder auf Masse gelegt.

Diese Schaltung lässt eine Vollweggleichrichtung auch bei kleinen Spannungen zu. Durch eine ausreichend hohe Verstärkung des Wechselspannungsmesssignals kann das so gewonnene Ausgangssignal direkt ohne eine Zwischenstufe der Anzeigeplatine UAPLT zugeführt werden. Allerdings muss bei dieser Schaltungsvariante auf das o.g. Kompensationsverfahren verzichtet werden.


Minimalvariante mit Digitalvoltmeter

Ich möchte noch eine Schaltungsversion vorstellen, die ein Minimalkonzept darstellt und als Moduleinheit zur Montage an ein Führungsrohr oder noch einfacher an eine Holzlatte montierbar ist. Diese Gerätekonzeption ist für diejenigen gedacht, die nur einfache Objekte wie z.B. Metallrohre in einem zeitlich begrenzten Rahmen aufspüren möchten. Für den stundenlangen Einsatz sowie zum Orten tiefergelegener Objekte oder bei einem großen Senderabstand ist diese Anordnung aber ungeeignet.

Um den Aufwand möglichst geringzuhalten, kommt für solch eine abgespeckte Schaltung nur eine unipolare Spannungsversorgung in Frage. Problematisch dabei ist wiederum die Gleichrichtung. Setzt man gegenüber den bisher genannten Aufbauvarianten zur Anzeige ein externes Messgerät wie z.B. ein hochohmiges, digitales Multimeter mit Bargrafanzeige ein, so kann es bezugspotenzialfrei betrieben werden - ein analoges Einbauinstrument ist auch verwendbar, wobei jedoch besonders die Billigtypen dieser Instrumente für die Ortung eine zu große Zeigerunruhe aufweisen.

Mit den Platinen aus dem UAP-System lassen sich unterschiedliche Schaltungen für die bezugspotenzialfreie Gleichrichtung realisieren. So ist z.B. mit UAP6 eine Zweiweggleichrichtung für schwimmende Lasten oder auch eine Gegentakt-Einweggleichrichtung möglich. Ich möchte mich hier auf eine Schaltung beschränken, bei der für die gesamte Modulfunktion nur zwei Operationsverstärker notwendig sind. Die Gleichrichterschaltung lässt sich auf der Platine UAP5 realisieren, bei der folgende Modifikationen notwendig sind: statt R5 eine Diode AA 118 o.Ä. mit der Anode zum OPV, statt C5 ein Widerstand von 20 kΩ, RS 1 mit 3,3 kΩ zwischen K3 und K4 RS2 mit 3,3 kΩ zwischen K4 und K7, C4 47 µF. Der bezugspotenzialfreie Ausgang für den Anschluss des Digitalmultimeters steht an den Klemmen K4 und K5 zur Verfügung.

Praktischerweise lassen sich die beiden Verstärker UAP10 und UAP5 zusammen mit der Platine VKI und der 9-V-Batterie in ein Aluminium-Spritzgussgehäuse einbauen. Zur Vermeidung von Rückkopplungen ist ein kleines Abschirmblech zwischen den beiden Verstärkerbausteinen vorzusehen. Denkbar ist die folgende mechanische Konstruktion des Minimalortungsgerätes. Das Modulgehäuse wird auf ein kurzes Aluminium-U-Profil montiert, auf dessen Rückseite das Antennengehäuse Platz findet. Das Trägerprofil erhält zwei Gewindebolzen, an denen ein Halterohr aus Aluminium, Kunststoff oder Holz mit Flügelschrauben befestigt werden kann. Für das Kabel zum Multimeter sollte man eine robuste Buchse im Modulgehäuse einbauen.


Auswahl der Platinen und der Schaltungsaufbau

Das UAP-System bietet mit seiner Vielzahl verschiedener Platinen einen großen Rahmen individueller Möglichkeiten zum Aufbau eines Ortungsgerätes.

Mit dem detaillierten Aufzeigen dreier Schaltungsvarianten möchte ich nur ein Beispiel vieler verschiedener Aufbaumöglichkeiten mit UAP geben. In Tabelle 1 sind einige relevante UAP-Platinen aufgeführt, die als Bausteine in einem Ortungsgerät eingesetzt werden können.

Je nach Distanz vom Sender können unterschiedlich hohe Verstärkungen notwendig sein, wobei auch die örtlichen Gegebenheiten des Empfangsortes eine Rolle spielen. Eine Verstärkungsreserve ist auf jeden Fall besser als eine unzureichende Pegelhöhe, die UAP LT nicht zur Vollaussteuerung bringt. Die in der Tabelle 2 angegebenen Verstärkungen und Pegel haben sich als günstig erwiesen.




Zusatzschaltungen

Einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer kann man in das Gerät zur akustischen Ausgabe des. Messsignals implementieren. Denkbar ist aber auch der Einbau in ein gesondertes Gehäuse, das sich während des Ortens beispielsweise in der Jackentasche verstauen lässt. Aus dem UAP-System kommt für diesen Anwendungszweck die Platine UAP FU in Frage, Bild 22.

Sowohl als Hilfe für den Abgleich des Ortungsgeräts als auch für die kurze Überprufung für unterwegs, kann mit UAP WB auch ein genauer Wien-Brücken-Oszillator aufgebaut werden. Das Messsignal lässt sich von ihm mittels einer kleinen Spule in die Suchantenne des Ortungsgeräts einkoppeln (8).


Verbesserte Pegeleinstellung

Um den von der Platine UAP WB abgegebenen Pegel besser einstellen zu können, kann statt dem in den Bildern 3 und 15 eingesetzten Potenziometer die Schaltung im Bild 18 Verwendung finden. Beträgt die Spannung am Einspeisepunkt von R1 100 %, lassen sich dann mit dem Potenziometer die in Tabelle 3 angegebenen Spannungsbereiche zur Weitergabe an den Nachfolgeverstärker einstellen. Inbetriebnahme des Gerätes


Nach dem Zusammenbau sollte die Gesamtschaltung einer genauen Sichtprüfung unterzogen werden. Insbesondere die Verdrahtung der Versorgungsspannung ist hierbei auf richtige Zuordnung zu überprüfen. Danach kann der Funktionstest erfolgen. Die Durchführung richtet sich dabei nach den zur Verfügung stehenden Messgeräten. Bei guter Ausstattung ist es vorteilhaft, die Überprüfung nach der Anordnung der Platinen vorzunehmen - bei keinen oder nur wenigen vorhandenen Messgeräten gibt es aber auch eine Lösung.

Zunächst ist die Antenneneinheit auf die Empfangsfrequenz abzugleichen. Dazu kann man hochohmig mit einem Generator ein Signal mit der Arbeitsfrequenz einspeisen und den Schwingkreis mittels VK1 auf maximalen Pegel abgleichen. Noch eleganter ist die Einspeisung des Signals in die Ferritantenne über eine kleine Koppelspule.

Vorteilhaft beim Schwingkreisabgleich im fertig aufgebauten Gerät wirkt sich der direkte Funktionstest des Anpassverstärkerbausteins aus, an dessen Ausgang man ein Oszilloskop anschließen kann. Durch dieses Vorgehen erübrigt sich ein Nachziehen des Abstimmkreises.

Im nächsten Schritt ist das Resonanzfilter einzustellen. Mit dem Potenziometer auf der Platine UAP WB lässt sich ein optimaler Güteabgleich vornehmen. Das Signal, das man am Ausgang K4 auf dem Modul UAP WB zur oszilloskopischen Betrachtung abgreifen kann, wird dazu langsam bis zum Schwingeinsatz des Filters erhöht. Der Signalpegel sollte mit dem Potenziometer maximal auf zwei Drittel des Wertes eingestellt werden, der kurz vor dem Schwingeinsatz zu messen ist. Durch diesen Sicherheitsabstand lässt sich ein Anschwingen durch Erschütterungen oder steile Signalflanken vermeiden.

Nach der Filtereinstellung werden schrittweise die nachfolgenden Stufen in der Reihe ihrer Anordnung überprüft. Die grundsätzliche Funktion und der Drehsinn des Potenziometers sowie des optionellen Stufenschalters für die Verstärkungseinstellung sollten dabei besondere Beachtung finden. Hier können sich leicht Verdrahtungsfehler einschleichen. UAP LT sollte mit dem Abgleichpotenziometer so eingestellt sein, dass bei Vollaussteuerung des ansteuernden Verstärkers auch die LED der letzten Anzeigestelle leuchtet. Besonders beim einfachen unipolaren Gerät muss hier eine genaue Überprufung erfolgen. Bei einer Speisung des Gerätes mit einem 9-V-Akkumulator steht unter Umständen eine Nennspannung von nur 8 V zur Verfügung. Die Signalwechselspannung wird also bei voller Aussteuerung einen Wert von etwas über Uss = 7 V besitzen. Die gleichgerichtete Signalspannung am Ausgang von UK 2 beträgt dann etwa 2,5 V. Dieser Spannungswert muss zum Erreichen einer guten Ablesedynamik die LED-Bandanzeige zur Vollaussteuerung bringen. Beim bipolar gespeisten Gerät wird auf die doppelte Spannung abgeglichen. Steht nur ein Multimeter für die Inbetriebnahme zur Verfügung, so empfehle ich bestückte und geprüfte Platinen einzusetzen. Hierbei beschränken sich die notwendigen Arbeiten lediglich auf die Prüfung der Gesamtfunktion. Zweckmäßigerweise sollte dabei die Kontrolle in umgekehrter Reihenfolge zur oben aufgeführten Beschreibung verlaufen. Bei offenem Eingang von UAP LT müssen in der Betriebsart Bar alle LEDs leuchten, im Dot-Modus nur VD10. Bei kurzgeschlossenen Klemmen K5 und K6 darf keine LED leuchten. Man kann nach dem Wiederanschließen der Signalleitung erkennen, ob eine Aussteuerung vorhanden ist. Dazu sind eventuell das Verstärkungspotenziometer aufzudrehen und der optionale Stufenschalter auf die höchste Stelle zu schalten. Sollte ein Signal bei waagerechter Position der Antenne angezeigt werden, so ist der Aufbau auf Richtungsempfindlichkeit zu überprufen. Die Aussteuerung muss dann am höchsten sein, wenn die Sender- und Ferritstabrichtung einen Winkel von 90° bilden.

Schlussbemerkungen

Die Messmethode mit dem beschriebenen Ortungsgerät beansprucht für die einwandfreie Funktion einen gewissen Mindestabstand vom Sender, den ich aber auf Grund fehlender Messergebnisse leider nicht angeben kann. Ich möchte aber an dieser Stelle ausdrücklich darauf hinweisen, dass sich selbstverständlich in dieser toten Zone die Aussendungen anderer Sender in einem möglichst tiefen Frequenzbereich nutzen lassen. Anderungen der frequenzbestimmenden Teile sind dabei lediglich für den Schwingkreis nach



und den Resonanzdurchlassfilter nach



nötig.

Eine besondere Form der Frequenzumschaltung kam beim Testgerät 3 zum Einsatz, Bild 24. Bei ihm lassen sich durch Abschrauben der Gehäusedeckel von der U-Schiene die Baugruppen schnell lösen und austauschen.

Benutzt man nun z.B. zwei Sensorspulenmodule und zwei Antennenanpasseinheiten mit den zugehörigen Selektionsfiltern auf unterschiedlichen Frequenzen, so lassen sich die jeweils abgeglichenen Module für einen Frequenzwechsel schneller austauschen.

Anfragen, die sich speziell mit dem Orten und den dabei angewandten Techniken befassen, können bei Wolf-Dieter Holz vom Team-Delta (3) gestellt werden. Durch seine Erfahrung und den intensiven Testeinsatz verschiedener Geräte weiß er diese so zu handhaben, dass sie ein Optimum an Messinformationen hergeben.

Uber Rückmeldungen, die die Erfahrungen beim Einsatz der Geräte schildern, würden er und ich uns sehr freuen. Durch diese Rückmeldungen könnten sich im Laufe der Zeit z.B. umfassende Daten zur Einsatzfähigkeit in Bezug auf den Abstand zum Sender sammeln.

Unbestückte, bestückte und geprüfte Platinen sowie Ferritantennen nebst speziellen Bauteilen können bei (9) bezogen werden.



Literatur

1. Friese, W., DG9WF: Universelles analoges Platinensystem UAP (8). FUNKAMATEUR 52 (2003) H. 8, S. 896-898
2. Friese, W., DG9WF: Universelles analoges Platinensystem UAP (7). FUNKAMATEUR 52 (2003) H. 9, S. 902-904
3. Friese, W., DG9WF: Universelles analoges Platinensystem UAP (9). FUNKAMATEUR 52 (2003) H. 11, S. 1120
4. Wolfgang Friese electronic: Homepage. www.sfericsempfang.de

[BOBO]

Andreas Maaßen hat das Erbe von Wolfgang Friese übernommen.

Zu erreichen unter www.auftragssucher.de und unter www.metageo.de

Hier eine noch tiefer greifende PDF dazu:
METAGEO_Produktkatalog_WFe.pdf

[Eisenknicker]

Wolfgang S. Jungs. Ingenieur aus Bochum. Das Langwellenzeug (ich verstehe es nicht) funzt! Wolfgang hatte keine Ahnung wie der Stollen verläuft! Hat aber 1A Ergebnisse. Hat auch mit dem Zeug einen Luftschutzort in Dortmund gegen zu kleines Geld für eine Baufirma geortet.

War nicht mal eine Anfrage ob nicht neue Technik gibt

[Sorgnix]

aus der Praxis:

absolut erschütterungsfrei - das bzw. die Geräte liefen auf einer Seilbahn ...
(es gab noch ein zweites Gerät - was ich jetzt nicht zeige ...)
Somit gab es keine Fehlsignale durch "Wackler" oder Stolpereien im Gelände.
wäre auch als Video für Spezialvorträge vorhanden ...

Gruß
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[BOBO]

Sorgnix: Weisst Du, ob man bei Andreas Maaßen noch Geräte bekommen kann, und wenn ja, wie die Preise wären? Könntest Du mich ggf. schulen mit diesem Gerät ?
Interessant wäre auch, ob man das Gerät modifizieren könnte ... sprich, man selbst einen Sender sich baut, und wo dieser sich dann örtlich bei der Ortung befinden müsste. Dann wäre man technisch fast schon auf Augenhöhe mit EMFAD.

[Baron]

Sorgnix: Weisst Du, ob man bei Andreas Maaßen noch Geräte bekommen kann, und wenn ja, wie die Preise wären? Könntest Du mich ggf. schulen mit diesem Gerät ?
Interessant wäre auch, ob man das Gerät modifizieren könnte ... sprich, man selbst einen Sender sich baut, und wo dieser sich dann örtlich bei der Ortung befinden müsste. Dann wäre man technisch fast schon auf Augenhöhe mit EMFAD.

Am besten unterhältst du dich mal mit Peter Lohr, der hat schon mit verschiedenen Geräten experimentiert.

Gruß
Micha

[BOBO]

Am besten unterhältst du dich mal mit Peter Lohr, der hat schon mit verschiedenen Geräten experimentiert.

Naja, Peter Lohr ist mir ein wenig ein Dorn im Auge
Vor allem nach dem Ding mit dem A-Ei im JTal und seinem FMCW Radar
Oder auch das nachfolgende ominöse Ortungsgerät - auf die verbaute Technik möchte ich erst gar nicht eingehen
Unter seriös verstehe ich ein wenig was anderes. Schon mal mit renommierte Geophysiker unterhalten über seine Geräte und deren Ergebnisse?

image.png
Quelle: GTGJ

[Eisenknicker]

Tja... Jörg und ich sind anscheinend Zeugen das Langwellen funktionieren Wahrscheinlich unterschiedliche Bauart von unterschiedlichen Entwicklern aber es ging.

[BOBO]

Tja... Jörg und ich sind anscheinend Zeugen das Langwellen funktionieren Wahrscheinlich unterschiedliche Bauart von unterschiedlichen Entwicklern aber es ging.

Beziehst Du Dich mit Deinem Posting auf das von mir voran eingestellte Bild aus der GTGJ?

Bzgl. Langwellenortung stellt ja keiner in Frage, das diese unter bestimmten Bedingungen funktioniert. Das zu Grunde liegende Prinzip ist eigentlich recht einfach.

[Eisenknicker]

Ja da Prinzip funktioniert. Wahrscheinlich unterschiedliche Wege bei der Entwicklung der Geräte.
"unter bestimmten Bedingungen funktioniert" -gewusst genau über die Technik und dann Funktioniert die! Wie gesagt war das auch für den Entwickler aus Bochum nicht einfach!

[BOBO]

Ach so, ich dachte Du hattest Dich auf mein Posting bzgl. Peter Lohr bezogen.

Bzgl. "Bedingungen" bezog ich mich nicht auf die Technik der Geräte (die prinzipelle Technik ist grundlegend gleich), sondern auf die vorherrschenden Bedingungen im Felde.
Dies geht auch aus den ersten Absätzen des Artikels aus dem 1. Teil im "Funkamateur" hervor.
Beim Bau der Geräte ist besonderes Augenmerk auf die Qualität und die Abstimmung des Schwingkreises zu legen. Für letzteres sind bestimmte Generatoren, Messgeräte und Aufbauten erforderlich.