Onderwaterakoestiek: periode (1938 – 1945)

 

Onderwaterakoestiek (1938 – 1945)

 
Rond 1935 verrichtte het Meetgebouw al fundamenteel onderzoek aan ferromagnetische materialen en magnetostrictie: verkorting of verlenging van materiaal in een magnetisch veld [1]. Ook commerciële ontwikkelingen als een onderwatertelefoon voor oppervlakteschepen [2] en een “geruischpeiler” (periphone) van Atlas Werke A.G. [3] voor onderwaternavigatie gingen niet aan de aandacht voorbij van de Marine en het Meetgebouw

Een periphoon (latere spelling perifoon0 is een apparaat om buitenscheepse geluiden waar te nemen; onderscheiden worden passief luisteren (geruispeilen; navigatie), afstand en richting bepalen (actief), telefonie, en telegrafie).

Voor proefnemingen liet de Marine in 1936 een Atlas Werke A.G. geruischpeiler aanbrengen in de onderzeeër O-16 [7]. In 1939 werden geruischpeilers (“periphooninstallaties”) ingebouwd in de onderzeeërs O-19 en O-20. Museum Waalsdorp beschikt over documentatie van de installatie en de systeemcomponenten. [8]

Op 5 april 1938 ontving de Commissie voor Physische Strijdmiddelen een (zeer geheime) opdracht voor onderzoek naar onderwaterakoestiek met periphonen en voor de bestudering van het vraagstuk van geruisontvangst onder water. Voortvarend werd gestart met de bouw van periphonen. Een excerpt uit de bij het Museum aanwezige maandelijkse labverslagen tussen september 1938 en 1940 volgt hierna:

• Door het laboratorium werden in 1938 eerst vier periphonen gebouwd. Drie van lagen nikkelblik en een bestaande uit magnetostrictieve nikkel- en Monel.

  

• Een van de nikkelperiphonen waarmee in oktober 1938 op het droge proeven werden uitgevoerd was opgebouwd uit 490 lagen nikkelblik van 0.2 mm dik en 70 bij 240 mm. Er zaten vier gaten in van 25 x 40 mm. Door ieder gat liep een koperen draad met 40 windingen. De draden waren in serie geschakeld. In droge toestand werden vijf resonantiefrequenties gemeten; de 7.8 en 43 kHz waren sterke resonantiefrequenties gerelateerd aan de afmetingen van 240 resp. 70 mm. Uit metingen bleek dat deze periphoon een geheel ander karakter had dan de geruischpeiler van de O-16 onderzeeër.
• Een maand later werd geëxperimenteerd met twee periphonen met andere afmetingen. De experimentele resonantiefrequenties kwamen overeen met de theoretisch berekende waarden.

  

  

• Vervolgens werden experimenten op het Meetgebouw onder water uitgevoerd. Het pakket van plaatjes nikkelblik werd geïmpregneerd om waterindringing tegen te gaan. Met klemmen werd geprobeerd de demping tussen de platen te verminderen. Tevens werd ook gewerkt aan signaalverwerking. Met een kristalmicrofoon als ‘antenne’ voor de akoestische energie en een hoogfrequente versterkertrap (34 kHz) gevolgd door een laagfrequente trap (1 kHz) werd een signaal gemaakt die op een Braunsche buis (kathodestraalbuis) wordt afgebeeld. Met een speciale schakeling (tekeningen aanwezig) werd de zendende periphoon voorzien van akoestische pulsen. Ontvangen reflecties worden zichtbaar als uitwijking van de straal op de kathodestraalbuis. De looptijd vanaf de start van de puls geeft daarbij een maat voor de afstand van de reflector.
• Met vallen en opstaan werd begin 1939 gewerkt aan het onderling isoleren van de nikkelplaatjes en het waterdicht maken van het gehele pakket (papier, lak, papier met bakelietlak, rubber). Ook werd het plaatspanningsapparaat (PSA) qua opbouw gewijzigd om de volumeregeling kraakvrij te maken.

  

  

• In mei 1939 werden proeven met een ontvangende periphoon gehouden vanaf een steiger in de Kleine Poel van de Westeinderplas. De zendende periphoon werd aan een motorsloep gemonteerd. Detectie vond plaats op een afstand van 1 km waarbij de versterking van de ontvanger sterk teruggeschroefd moest worden.
  De ontvanger werd vervolgens verplaatst naar de Watertoren. De ontvanger ontving gemakkelijk het verzonden telefoonsignaal over de gehele lengte van de plas (5.75 km). Daarna werden reflectieproeven uitgevoerd. De resultaten toonden onverwachte effecten zoals een dichtbije reflectie (bleek de bodem te zijn), minder vermogen (indringend water in het apparaat, onder andere via de schroefgaten).
• Een volgende verbetering aan de ontvangstzijde was de vervanging van het low-pass filter tot 1150 Hz door een bandfilter 910-1050 Hz om brom en storingen vanuit het aggregaat beter te onderdrukken.
• In juli 1939 volgden proeven vanaf een steiger van Rijkswaterstaat bij Hoek van Holland. De resultaten waren sterk wisselvallig. De apparatuur bleek niet af te regelen. Was er iets defect gegaan in elektronische apparatuur? In de namiddag werkte de opstelling ineens probleemloos. De dag erop gebeurde hetzelfde: in de namiddag werkte het systeem ineens goed. De goede werking bleek samen te vallen met het kenteren van het tij, het moment dat de stroming vrijwel nihil is. De bron van de verstoring waren dus de wervels in het stromende water door de steigerpalen!
• Rijkswaterstaat gaf het advies om stilstaand water voor de proefnemingen te vinden in het 5 meter diepe Kanaal door Voorne bij het voormalige buurtschap Nieuwesluis.

  

• In september 1939 volgden reflectieproeven in het Voornsche kanaal vanaf het brugwachtershuisje van de Wellebrug. Ondanks stoorruisproblemen waren de reflecties van de vlotbruggen op 2.5, 4 en 7 kilometer zichtbaar. Hetzelfde was het geval voor de sluisdeur aan de andere kant op 1.8 kilometer.  

• 

• Vervolgens werd een proefvaart op zee aan boord van de onderzeeboot Hr.Ms.O 20 gehouden met de mijnenveger Hr.Ms. Jan van Brakel als doelschip. De periphoon ontving geluidsreflecties tot op 1200 meter. Hieruit worden wensen afgeleid betreffende periphooninstallaties voor de Nederlandse onderzeeboten.
• De onderzoeksontwikkelingen worden gepresenteerd aan de Commissie voor Physische Strijdmiddelen.  
• Voor vervolgproeven stelde de Marine de in Hoek van Holland liggende mijnenveger Hr.Ms. M2 ter beschikking aan het Meetgebouw. Via een schaarconstructie van stangen werden proeven tot op een diepte van 3.5 meter uitgevoerd. Parallel aan de proefnemingen werkten de electrotechnici van het Meetgebouw werkten aan het verbeteren van het elektrische zend- en ontvangapparatuur. De heen en weer varende loodsboot en voorbijkomende schepen vormden goede doelen. Het resultaat van de beproevingen liet echter te wensen over al werden soms scheepsreflectie op meer dan 2 kilometer gedetecteerd.
• In december 1939 blijkt de verzonden bundel 23 graden te zijn in het horizontale vlak en zeer gering in het verticale vlak. Prima voor het peilen van onderzeeboten maar slecht voor de detectie van zeemijnen. Met theoretische berekeningen werd nagegaan welke ontwerpparameters (afmetingen, frequentie) gewijzigd zouden moeten worden om zeemijnen tot op 200 meter voor de boeg te detecteren met een “bewaakte vaargeul” van 40 meter.
• Met andere proeven werd nagegaan hoe goed de periphoon inzetbaar zou zijn voor “geruischpeilen”, het detecteren van schroefgeruis. De ontvanger was afgestemd op 23 kHz met een bandbreedte naar keuze van 300 of 3000 Hz. Dit werkte goed.
• Op 13 december 1939 volgden proeven met het peilen van mijnen bij Hellevoetsluis. 
• Op 29 december 1939, in een vergadering met de Marine, wordt geconcludeerd dat de eisen aan te bouwen operationele periphonen de volgende zullen zijn:
  1. Periphonen moeten inzetbaar zijn voor afstandmeten en richtinghoren (geruisch peilen),
     niet voor onderwatertelefonie en/of -telegrafie.
  2. Het waarnemen van ontvangen signalen moet zowel met een Braunsche buis als een hoofdtelefoon kunnen.
  3. De zender werkt op 30 kHz met een horizontale bundeling van +/- 20 graden en in het verticale vlak van +/- 60 graden.
  4. De zender bestaat uit een Colpitt oscillator (red. moet zijn Collpitts), een ‘tusschen versterker’ en een eindtrap (bij voorkeur niet push-pull wanneer Philips een PB2/500 kan leveren).
  5. De ontvanger moet bestaan uit een HF-trap, mengtrap en drie LF-trappen (ongeveer 1 kHz). Een in- en uitschakelbaar bandfilter tussen de 1^e en 2^e LF-trap is nodig voot geruischpeiling.
  6. De pulsduur van de zendpulsen moet instelbaar zijn met een mechanisch relais.

  Afgesproken wordt dat het Departement van Defensie 50 kg nikkel in plaatvorm bij NV Philips zal aanschaffen voor de vervaardiging van twee stralers. De Marine Radiodienst zal de 30 en 50 kHz ontvangers bouwen [het Museum beschikt nog over daarvoor gemaakte mechanische en elektrische bouwtekeningen van 22 januari 1940]. De systemen moeten op 1 april 1940 klaar zijn. Met de Marinewerf moet afgestemd worden hoe de periphoons voor proefnemingen aan diverse scheepstypen bevestigd kunnen worden en waar de elektronische apparatuur geplaatst kan worden. Mijnopsporing heeft daarbij prioriteit.

• In januari 1940 wordt verder gewerkt aan de mijndetectieperiphoon (50 KHz) waarbij de zendimpulsen automatisch gegeven worden. De nikkelplaten worden besteld.
• In februari 1940 wordt de PB 2/500 buis ingepast in het ontwerp van de zender; tevens wordt de relaisschakeling opgeleverd.
• In maart 1940 wordt een rapport opgeleverd over mogelijke tegenmaatregelen tegen de effectiviteit van vijandelijke periphonen.   
• In april 1940 worden de mijnenperiphone en bijbehorend nieuwe ontwerp van het plaatspanningsapparaat beproefd.

De Duitse inval en capitulatie in mei 1940 legden daarna het marinewerk stil.

Tekeningen uit maart 1941 tonen aan dat in 1940-1941 wel doorgewerkt is aan een zeemijnopsporingstoestel voorzien van een 45.4 kHz zendontvanger.

 

Uit publicaties [9-11] blijkt dat tijdens de eerste oorlogsjaren (het laboratorium maakte toen deel uit van de PTT organisatie) ook onderzoek is verricht naar magnetorestrictieve materialen en het meten van afwijkingen van het aardmagnetisch veld. Die onderzoeken waren mogelijk ook voor de rest van de PTT van belang. Dit legde een goede basis voor de transducerontwikkelingen door TNO na de Tweede Wereldoorlog.
 
Terug Volgende

 

Referenties

1. ir. J. Piket, Magnetostrictie, Serie Electriciteitsgeleidingen, De Ingenieur No. 28, Electrotechniek 9, 1936.
2. Unterwasserschall-Telegraphie: Spezialgerät für schnellfahrende Oberflächenschiffe, Electroacustic GmbH, Kiel, 1936.
3. Periphone, Atlas Werke A.G., Bremen, 1935.
4. Onderwater-luister-inrichting,  Atlas Werke A.G., Bremen, 1935.
5. Unterwasserschall-Gruppenhorchanlage,  Atlas Werke A.G., Bremen, 1935.
6. Über die Hörwelle von Unterwasser-schallsignalen, Bremen, 1935.
7. Onderwaterpeilinrichting (multispot) voor ontvangstinstallatie voor nautische doeleinden Hr.Ms. O 16. Atlas Werke A.G., Bremen, 1936, No. 315 H. [Technische tekeningen aanwezig in het archief van het Museum]
8. Perifoon-installatie voor de Hr.Ms. “O 19” en “O 20”, Atlas Werke A.G. , Bremen, 1939, No. 514 H. [Technische tekeningen aanwezig in het archief van het Museum]
9. Mulders, C.E. (1942). Apparaat voor het meten van zeer zeer kleine plaatselijke variaties van een magneetveld. Physica Vol IX No. 8.
10. Mulders, C.E. (1942). Magnetostrictie. Tijdschrift van het Nederlandsch Radiogenootschap, Vol X-2, November 1942, No. 8.
11. Dijl, B. van (1942). Opwekking en voortplanting van ultra sonore signalen in water. Tijdschrift van het Nederlandsch Radiogenootschap, Vol X-2, December 1942, No. 10.

 
Terug Volgende