Elektronica en water

Iedereen weet dat dit geen goed huwelijk is...

Een tweetal jaar terug heb ik één van de hilti accupacks voorzien van nieuwe accucellen. Dit komt een stuk goedkoper uit dan een nieuwe batterij te kopen, de vraag is natuurlijk of zo een oplossing ook duurzaam is. Een extra voordeel is wel dat de nieuwe bat's NiMh zijn, de oude NiCd. Maar wie geeft daar nog om in het lithiumtijdperk?
Nu, dat pack is onlangs defect geraakt. Cellen defect? Na demontage blijkt er water in het batterijpack te zijn gelopen, en de interne elektronica kan daar niet tegen... met de cellen is er geen probleem. Dus pack in de vuilbak? Neen, de nieuwere hilti-batterijen hebben de elektronica niet en op deze website staat hoe je een pack hermaakt zonder de elektronica.

Een tip: Krijg je water in een draagbaar elektronisch toestel, demonteer dan zo vlug mogelijk de batterij en laat het toestel goed uitdrogen, maak het desnoods open. Is het zeewater dan is de kans groot dat het toestel verloren is, maar je kan proberen om te spoelen met gewoon water. En natuurlijk opletten voor elektrocutie!

BP6-86

duidelijk sporen van water

Het formeren van een capaciteit !?

Ik hoor je denken, wat heeft dat te maken met speleo?

Wellicht heb je het als grotfotograaf al meegemaakt, een flitser die je lang niet gebruikt hebt is 'lui' geworden.
Het probleem is dat de inwendige elektrolytische condensator (elco) lekt en daardoor heeft de flitser een groot stroomverbruik, duurt het lang vooraleer die op spanning is (het lichtje brandt) of werkt die helemaal niet.

Zo een elco heeft aluminium platen en daartussen zit een vloeistof. Nadat er spanning op die elco komt vormt er zich een isolatielaagje op de ene plaat zodat de elco geen stroomverlies heeft. Die isolatielaag gaat vanzelf weg als je de elco (flitser) lang niet gebruikt.
Zie: http://www.uploadarchief.net/files/download/formeren_elcos.pdf
In een flitser kan je bv. een elco vinden van 360V=, met een slechte isolatielaag zal die maar opladen tot een lagere spanning, met als gevolg een verlies aan richtgetal, groot stroomverbruik,...

Hoe oplossen?
Als het probleem beperkt is dan volstaat het om met (nieuwe) batterijen de flitser een tijdje te laten aan staan, dit kost je wel wat batterijen. Gebruik eventueel oplaadbare bat's.

Als het probleem hardnekkig is, de flitser trekt de batterijen helemaal 'plat', dan is het beter om de flitser aan te sluiten op een externe regelbare voeding. Je kan nu langzaam de spanning opvoeren (tot max. de voedingsspanning van de flitser bv. 3V,  6V,...) terwijl de stroom onder controle is. Langzaam zal er nu een isolatielaagje ontstaan en de flitser werkt na verloop van tijd weer als nieuw. Dit proces kan gerust enkele uren duren.

Je zou ook kunnen opteren om de elco te vervangen door een nieuwe, maar bedenk dat dit meestal niet nodig is, en dat hetzelfde type moeilijk te vinden zal zijn.

Het formeren van een elco in een flitser, terwijl je de flitser met batterijen of extern voedt zal geen problemen geven van overtemperatuur, zou je die elco uit de flitser halen en dan direct op een voeding aansluiten, dan zal die elco zoveel stroom verbruiken dat die warm wordt. Hierdoor kan het electroliet gaan verdampen en de elco kan zelfs ontploffen (gevaar corrosief!). Hierna is de elco natuurlijk niet meer bruikbaar.

Wil je (oude) flitsers gebruiken met oplaadbare batterijen, dan werkt dat soms niet goed, dit komt omdat de spanning van een oplaadbare batterij lager is, ofwel omdat die niet voldoende stroom kan leveren (ampères). Gebruik daarom enkel Panasonic/Sanyo Eneloop batterijen. Je zal merken dat je (oude) flitsers nog nooit zo goed hebben gewerkt. Die eneloops hebben een hele serie voordelen; iets hogere spanning, leveren hoge stromen, hebben geen zelfontlading.

PS: op de foto zie je dat ik een flitser heb open gemaakt, dat is dus niet nodig, je kan de externe voeding gewoon aansluiten op de batterijklemmen.

OPGELET, op zo een condensator staan hoge spanningen, bij aanraking gevaar voor schokken!

Succes met het formeren.

flitser elco uit 1977

formeren via externe voeding (open schroeven is niet nodig!!!)

twee van deze moesten geformeerd worden, één ervan geduren meerdere uren

DistoX weer beschikbaar

Voor wie nog een DistoX wil aanschaffen is het moment aangebroken, in Zwitserland zijn de modules weer te koop. Nu op basis van een Disto X310. Een voordeel van deze nieuwe versie is de niet magnetische batterij, zodat minder calibraties nodig zijn.

Zie: http://paperless.bheeb.ch/

Knutselproject vleermuisdetector

Voor wie het aandurft om een stukje elektronica in mekaar te steken staat in het novembernummer 11/2011 van elektor (het meest bekende hobby elektronicablad) een vleermuisdetector. De elektronica zet het ultrasone geluid van een (jagende) vleermuis om in een hoorbaar signaal.

Een vleermuis produceert, afhankelijk van het type een pulserend signaal van tussen de 20 en 120kHz, met een maximum rond de 40kHz. Een vleermuisdetector zet zo een signaal om naar een audio signaal in een, voor ons, hoorbare frequentie onder de 5kHz. Er zijn eigenlijk twee detectieprincipes: ofwel wordt het signaal elektronisch gedeeld, ofwel wordt het signaal omlaag getransformeerd en behoudt het z'n volle inhoud (toon en volume). Deze detector maakt gebruik van de eerste techniek, en deelt het ontvangen 40kHz signaal door 16. Het vleermuissignaal is dan hoorbaar als pulsen van 2...3kHz. Volumeverschillen zijn in dit geval niet meer te horen, maar deze detector is wel bijzonder gevoelig, zodat de pulsen van vleermuizen kunnen waargenomen worden op grote afstand. Ik heb nog geen  praktische ervaring met de detector, maar de tekst spreekt van waarneming op 30m afstand in de open lucht.

Voor wie het zelf wil bouwen kan ik aanraden om niet te lang te wachten met de aankoop van het printplaatje zie:
http://www.elektor.nl/products/pcbs/pcbs-in-stock/110550-1-simple-bat-detector.1971848.lynkx

De componenten kan je allemaal vinden bij de elektronicashop om de hoek, ofwel via postorder bv. bij de firma conrad. Het is daar wel even zoeken om de juiste componenten terug te vinden.
www.conrad.be

Alle componenten

Het geheel is zo gemaakt dat het volledig past in een plastic afvoerbuisje van 33..35mm, dus ideaal om mee te nemen in de grotten.

Het geheel na assemblage

Nog een opmerking omtrent de gebruikte microfoon. Het ontwerp maakt gebruik van een ultrasoondetector (zoals die gebruikt werden in de eerste afstandsbedieningen en ook in goedkope afstandsmeters). De sensor heeft een maximale gevoeligheid rond de 40kHz, een perfecte frequentie om vleermuizen te detecteren, alhoewel er vleermuizen zijn die het meeste 'kabaal' produceren buiten deze frequentieband.
Ik testte 3 types US detectors, en er was een duidelijk verschil in gevoeligheid. In volgorde van gevoeligheid van links naar rechts op de foto:
- de open metalen sensor is de beste
- ietsje minder maar ook heel goed, een open plastic type
- de minst gevoelige is een gesloten metalen type.

Nu het geheel nog inbouwen en in de praktijk testen. Zodra ik een audio-opname heb zal ik die publiceren.

Verder lezen bv. op:
http://www.vleermuis.net/
http://www.vleermuizen.be/    

 G.   

Arcana sounder build and operational

In this article I will give a bit extra information about the Arcana Radio Location Device I build in the beginning of this year. Since I am a radio engineer, the challenge to build this device is rather limited. The sounder electronics is built in a very simple way, with all standard components. Just look into an electronics component stock and you have all the parts to build the electronics circuits. The most challenging part is, to my opinion, the construction of the self induction coils.

In the article http://sc-cascade.blogspot.com/2011/02/project-arcana.html I have posted a few words about the construction of the device, and I have seen in the blog statistics, this is the article with most hits! So a lot of cavers seem to be interested in these devises.

The actual use of this device was to measure out a possible passage way between two rooms in the 'Grotte de la Fosse aux Ours' at Rochefort(B), a cave we explore since 2008.

The nice thing about the Arcana system layout is the use of compact self's, in stead of the large air self’s often used in other radio location devices. Since we use both the transmitter and receiver in the cave, compacts antennas are preferred to make transport and setup of the system easier.

On the internet you can find several references about the original build of the system, and also about some changes in electronics and add-on’s.
http://speleo19.free.fr/arcana/contributions_arcana.htm
http://www.caves.org/section/commelect/splncs/splncs26.pdf

So I build the original electronics layout for transmitter and receiver. The first problem I had was to find the necessary ferrite rods to put into the core of both the transmitter and the receiver antenna coils. On e-bay I found a Russian surplus was sold at 28€ for 16 piece of ferrite rods 10x200mm, so just what I needed. Since the very low frequency of operation of the transmitter (<1000Hz), these ferrites of type M400HH, originally build for LW radio's should do fine.
Since I could not find a tube with a correct interior diameter, I simply split a plastic tube (a bit to small to fit the 7 ferrite rods) over the whole length, and then the 7 rods shifted well into the tube, and at the same time the tubes presses the 7 rods well into place. The transmitter coil got then the 4 layers of 250 turns, 0.84mm wire. In-between each layer I inserted a plastic sheet; this makes it easier to get the coil well wound. Finally I had 1016 turns on the transmitter coil, and I measured it to have self induction of 102mH and 4.5ohms resistance, just as I expected.
In the same way the receiver self induction coil was made out of 7 layers and about 7000 turns in total of 0.2mm wire. The resistance is 542ohms and the self induction is >1Henry.

During testing I used a small ferrite receiver antenna, and found out this baby antenna performed also very well at short distances. It is a ferrite rod of only 10cm long, and about 200 turns. Simply hold the receiver antenna near a radio or hifi speaker, and you get an idea of the sensitivity of the receiver antenna. (put the radio on hé;-)

During testing I found out I had to change the operating frequency a bit, so the transmitter antenna is into resonance at about 715Hz. The current drawn of the batteries is than rather high at about 500mA, and the voltage over the resonance capacitors of 0.22uF got well over 400V, so I simply tuned the oscillator a bit off resonance. The current consumption drops and the voltage over the capacitors is also on the save side. Now the transmitter power is not at the maximum, but I did not need this for my project. So be aware to put in capacitors of 600V or even higher!! And also be careful about the high voltage, and at the same time a high acoustic level the transmitter coil produces!

Making the device ruggedized:
Originally I planned to construct the transmitter unit as an al in one tube unit, but finally I left the transmitter electronics, antenna, and batteries as separated units, and this seems easy to transport and setup. The receiver is build into one small box, and only needs the external antenna and earphone units to be attached.

Using the equipment:
In the cave we had about 10 meters between transmitter and receiver, so I only used the small receiver antenna. Making a horizontal measurement in-between two rooms, separated with about 7 meters of rock, this is a more difficult measurement (equipment is mostly used to measure vertical positions). But after we finished the tunnel in-between the two rooms, the results of the Arcana sounder seemed to be very accurate.

Doubleclick to see more details

ERT, een nieuw wapen in de zoektocht naar onbekende grotten?

Het nieuwste Spelerpes magazine wekte, techneut zijnde, mijn bijzondere aandacht omdat er meerdere technische artikels werden opgenomen.

De ondergrondse beeldvorming via de meting van de elektrische weerstand (resistiviteit) van de grond heeft ook bij mij interesse opgewekt, en neemt ongeveer 10 strekkende cm boekenkast in beslag. Na korte tijd ben ik gestopt met dit project wegens het vele werk dat er in kruipt.

Hierbij enkele weetjes die extra informatie geven omtrent dit onderwerp. Je kan best eerst het artikel van Ivan Herbots in de Spelerpes 2011-1 p.35-39 raadplegen vooraleer het onderstaande te lezen.

In de Engelstalige literatuur wordt deze beeldvormingsmethode meestal aangeduid als ERT - Electrical Resistivity Tomography. Het principe van deze beeldvorming is vergelijkbaar met de scanners die gebruikt worden in de medische beeldvorming. Het is uiteindelijk een wiskundig probleem van vergelijkingen en onbekenden dat tot een oplossing leidt in de vorm van een 2D verticale doorsnede van de ondergrond.

De input van de software is dus de resistiviteit op verschillende plaatsen, en op verschillende afstanden, die allen op één lijn liggen.

Hoe wordt nu juist de resistiviteit van de grond gemeten? Het principe is erg eenvoudig; je stuurt een stroom door de grond, en meet de spanningsval over een sectie van het stroompad. Er worden dus 4 grondstaven (probes, electroden) gebruikt, twee om de stroom door de grond te laten vloeien, en twee om de spanningsval te meten.
De eenvoudigste methode is het gebruik van gelijkstroom (DC), maar hierbij treden een aantal problemen op:
- Wanneer een staaf in contact komt met de grond, dan treedt er een batterijwerking op, waardoor de staaf zelf een spanning opwekt.
- Doordat er stroom loopt door de staven, treedt er een elektrolyse op van het vocht rondom de staaf, en dat geeft een veranderende contactweerstand. (We weten uit onze fysicales dat, wanneer we gelijkstroom door geleidend water sturen, er een ontbinding is in waterstof en zuurstof)
- Door de grond kunnen zwerfstromen lopen die de metingen ernstig kunnen verstoren, 50Hz (AC) netstromen, maar ook gelijkstroom kan optreden (DC) (onze treinen en trams rijden op gelijkstroom).

Daarom werken eigenlijk alle aardresistiviteitsmeters met een wisselstroom, en met een frequentie die niet gerefereerd is aan onze 50Hz. Zodoende worden zwerfstromen in DC en AC er uit gefilterd en is een storingsvrije meting mogelijk. De meeste aardresistiviteitsmeters wekken bovendien geen constante spanning op, maar hebben wel een constante (wissel)stoombron. Dit heft ineens het probleem op van de contactweerstand tussen een staaf en de grond, een overgangsweerstand die erg kan verschillen van staaf tot staaf. De eigenlijke meting blijft dan beperkt tot het meten van de spanningsval tussen de twee spanningsprobes. Het resultaat is de meting van de schijnbare resistiviteit van de grond.

De meeste onder ons kennen de aardingsweerstand enkel van de beschermingsgeleider in onze huisinstallaties. De weerstand mag er niet hoger zijn dan x ohm. Dit is dus niet de resistiviteit van de grond (die bij ons in Vlaanderen zeer klein is, nabij de 0 ohm-m), maar het betreft wel de contactweerstand van de aardingspin (elektrode) met de grond. Deze meting gebeurt met hetzelfde type aardresistiviteitsmeter, doch in een lichtjes andere opstelling.

Maar nu terug naar de beeldvormingsmethode. Vele profesionele ERT toestellen doen eveneens een meting van de capaciteitswaarde van de gemeten ondergrond. Het is zo dat de grond tussen de twee meetelektroden niet zuiver resistief (ohms, weerstand) is, maar dat er ook een capaciteitswaarde is (een opslag van energie). Een aangelegde constante stroom zal dus niet direct voor een maximale spanningsval over de elektrode zorgen, maar er is een zeker tijdsverloop vooraleer die de maximale waarde bereikt. Uit dit tijdsverloop kan de capaciteitswaarde van de tussenliggende grond worden bepaald. Het is duidelijk dat een holte (lucht, grot) het dielectricum is van een capaciteit, en dat die verschillend is van de rotsen of water. Sommige materialen zouden ook accumulatieeigenschappen hebben (batterij). Uit deze metingen kan bijkomende informatie worden afgeleid die erg nuttig is in de beeldvorming. Het is gebruikelijk om een blokvormige wisselstroom door de grond te sturen, en te zien hoe die grondcapaciteit ontlaadt eenmaal de stoombron wordt uitgeschakeld. De ontlaadtijdsduur is maatgevend voor de capaciteit.

Ik bouwde de meetelektronica volgens het ontwerp van Robert Beck (Everyday Practical Electronics - Jan 1997). Het meettoestel heeft een stroominstelling van 0,1 / 1 / 10mA en levert max. 36Vpp bij 137Hz.
Het ontwerp benodigd wel enkele aanpassingen om het geschikt te maken voor ERT. De opamps worden best vervangen door een type voor meetdoeleinden (lagere offset en ruis). De spanning van de vermogensversterker is wat laag, waardoor er beperkingen zijn bij meting van hoogohmige situaties. Je kan natuurlijk batterijen blijven in serie zetten, maar het best wordt er een voeding op 230V gebouwd, en gebruik gemaakt van een omvormer 12V=/230V zodat alles uit één batterij van 12V kan gevoed worden. De spanninguitgang is niet galvanisch gescheiden, waardoor er problemen kunnen ontstaan bij gebruik van een computer (grondlussen en spanningsverschillen). Best een isolatieversterker gebruiken, of een andere galvanische scheiding die voldoende groot is (gescheiden voedingen, opto-coupling,..). Kennis van elektriciteit en de gevaren van hoge spanningen zijn hier belangrijk !!!

Bijgaande een foto van de elektronica met constante stroombron en een synchroon (in fase) gestuurde wisselspanningsmeter, dit om de beste storingsonderdrukking te bekomen.

Zie details op : http://www.geotech1.com/cgi-bin/pages/common/index.pl?page=geo&file=projects/erm1/index.dat
Over ERT is veel informatie beschikbaar op het web. Linken die ik heb van een 7-tal jaren geleden werken echter niet meer. Dus effe zoeken met de juiste codewoorden. Wie meer wil weten over de software bv. op http://www.eos.ubc.ca/ubcgif/

Het is onweerlegbaar dat deze methode ondergrondse ruimtes in beeld kan brengen. Het zal echter niet altijd mogelijk zijn om die ruimtes ook te bereiken, we kunnen nu eenmaal niet overal gaten beginnen boren. Maar een dergelijke beeldvormingstechniek kan op z'n minst een belangrijke bijdragen leveren in de kennis van de lokale karstopbouw en vele mogelijkheden openen tot bijkomende studies.
G.

Project ARCANA

See also : http://sc-cascade.blogspot.com/2011/10/arcana-sounder-build-and-operational.html

Enige tijd werk ik aan een radiolocatieapparaat volgens het type ARCANA (wat hebben die Fransen toch met acroniemen). Zie : http://speleo19.free.fr/arcana/contributions_arcana.htm

Meestal wordt zo een toestel gebruikt om een ondergrondse locatie aan het oppervlak te refereren, kan handig zijn bij het zoeken van een nieuwe grotingang, topowerk,...
Onze directe toepassing is het project om een verbinding te graven nabij de rivier van de FAO.

Het voordeel van dit toestel is, dat het gebruik maakt van compacte spoelvormige antennes, dit in tegenstelling tot de grote lusantennes die in de meeste ontwerpen gebruikt worden. Dit type is veel handiger bij ondergronds gebruik. Deze spoelen zijn in dit project meteen ook het moeilijkste onderdeel om te realiseren. Ze bestaan uit een kern van 7 ferriet staven en de ontvangstspoel (antenne) heeft 10.000 windingen koperdraad, de zendspoel 1.000.

 

Spoelkern en ferriet staven

 Je kan deze spoelen ook laten wikkelen bij een bobinagefirma, maar ik bouwde de naaimachine om tot een eenvoudige wikkelmachine en realiseerde zo de ontvangstantenne. Na verbinding met de reeds gebouwde ontvanger kon ik vaststellen dat de directiviteit (richtingsgevoeligheid) van deze antenne zeer goed is, met een zeer scherp NUL-punt, hetgeen nodig is om precieze metingen (peilingen) te kunnen realiseren.



Ontvanger 'in wording'

Nu nog de zender bouwen en alles een beetje 'ruggedized' maken. Kwestie van de dode uren te vullen... (kuchkuch).

Geert