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	Computeruntersttzter Unterricht
PC-NEWS-Sonderdruck	
	PC-NEWS-Sonderdruck
Computeruntersttzter Unterricht

Inhalt
.Anfang Verzeichnis V.



Inhalt	2
Vorwort	1


Computeruntersttzte Laborbungen

Datenanalyse	3


Metechnik mit DASH 16F

ADC-DAC-Test
	11
Digitalspeicheroszilloskop	14
Analoge Integration
 	20
Computergefhrtes Messen mit Dehnungsmestreifen
	23


Biomedizinische Metechnik

Uroflowmetrie	25
Elektronische Blutdruckmessung
	28
EKG und PKG	31


Nuklearmetechnik

Messen der Dosisleistung
	33
Vielkanal - Impulsanalysator	35


Anhang

NUKLEAR-ENERGIE eine irreversible Zerstrung	39
Sphygmomanometrie	44




Erschienen in PC-NEWS
91/2	Vielkanal - Impulsanalysator
91/2	NUKLEAR-ENERGIE eine irreversible Zerstrung
91/5	Uroflowmetrie
92/1	Elektronische Blutdruckmessung

92/2	Computergefhrtes Messen mit Dehnungsmestreifen

92/3	Messen der Dosisleistung

92/4	ADC-DAC-Test

92/4	Digitalspeicheroszilloskop
	Datenanalyse
	Analoge Integration
 
	EKG und PKG
	Sphygmomanometrie



Vorwort

Der vorliegende Sonderdruck des PCC-TGM "Computeruntersttzter Laborunterricht" entstand aus einer jahrelangen Unterrichtserfahrung mit anspruchsvollen Laborbungen, die in alle Bereiche der Elektronik und in viele Randgebiete hineingreifen, den Schlern ein fundiertes Vorwissen der Analog- und Digitaltechnik, gepaart mit einem nicht geringen Ma an technischem Verstndnis, abverlangen und ihnen die ersten berufsnahen Erfahrungen in der Mewert-Erfassung und analogen Signal-Aufbereitung einschlielich der problemorientierten Medaten-Echtzeit-Verarbeitung mit dem Personalcomputer unter Einsatz einer Mewert-Erfassungskarte anbieten.
Die hier vorgestellten Laborbungen haben drei Generationen ihrer Reife erfolgreich hinter sich. In der ersten Generation wurden alle Analog- und Digitalschaltungen im Hinblick auf eine zuknftige digitale Signal-Weiterverarbeitung geschaffen, die Mewerte mit dem Analog- oder Digital-Speicheroszilloskop bzw. Digital-Multimeter erfat und manuell ausgewertet, wobei die schnelle und unproblematische Dokumentation der Mewerte vermit wurde. In der zweiten Generation kam der Personalcomputer mit einer Mewert-Erfassungskarte sowie einer kommerziellen Software zur Medaten-Erfassung und Medaten-Verarbeitung zum Einsatz. Dieser Software fehlte aufgrund ihrer allgemeinen Verwendbarkeit neben der zu geringen Arbeitsgeschwindigkeit (z.B. EKG-Echtzeit-Verarbeitung nicht mglich) die unbedingt notwendige problemorientierte Spezifitt. Erst die dritte Generation - den besonderen Erfordernissen angepate Software - brachte den nach dem heutigen Stand der Technik mglichen Erfolg und widerlegt zumindest bei speziellen technischen Anwendungen das weit verbreitete scheinbar zauberhafte Erfolgskonzept: Man kaufe einen Personalcomputer und ein allgemein anwendbares Programm zur Mewert-Verarbeitung.
Die im Anhang angefhrten Informationen knnen weder Lehrbcher noch den Unterricht ersetzen; ihnen kommt nur die Aufgabe einer grundstzlichen Orientierungshilfe zu, nmlich das zum Verstehen der vorgestellten Programme notwendige Hintergrund- und Randwissen schwerpunktmig zusammengefat anzubieten.
Dieser Sonderdruck der PC-News soll die Medaten-Erfassung und Medaten-Verarbeitung mit dem Personalcomputer bei Laborbungen im schulischen Bereich frdern und zur Erkenntnis beitragen, da keinesfalls Programmier- und Computer-Kenntnisse sowie Kenntnisse der Printplatten-Fertigung fr den Elektronik-Beruf ausreichen, sondern einem fundierten Wissen und Knnen der Analogtechnik eine entscheidende Bedeutung zukommt. Die meisten Signale fallen in analoger Form an und mssen analog computergerecht aufbereitet werden; dabei entscheidet oft die geschickte Aufteilung zwischen Hardware- und Software-Funktionen ber die Leistungsfhigkeit eines Systems. In einer Computer-Euphorie wurde die Analogtechnik unterrichtsmig mehr oder weniger vernachlssigt.
Mein herzlicher Dank gilt Herrn Markus Seidl, einem TGM-Absolventen der Nachrichtentechnik und derzeit noch Student der Informatik an der TU Wien, fr das bereitwillige Erstellen der Programme gem den von mir formulierten anwenderspezifischen Erfordernissen sowie fr die vorbildliche Zusammenarbeit beim Anpassen der Software an die technischen Probleme und beim Austausch der Erfahrungen.
In besonderer Weise danke ich Herrn Kollegen Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Knig als Obmann des PCC-TGM, der die Herausgabe dieses Sonderdrucks angeregt und ermglicht hat, und auch Herrn Kollegen Prof. Dipl.-Ing. Franz Fiala fr seine vielen Mhen, der als Redakteur der PC-News in freundlicher Weise diesen Sonderdruck hervorragend gestaltete.
Mein Wunsch ist es, da dieses Beispiel im wahrsten Sinne des Wortes "Schule" macht, denn dies geschieht nur zum Wohle des hchsten Gutes eines Volkes, nmlich unserer Jugend.
Wien, im Mai 1992
Othmar Fischer

Computeruntersttzter Unterricht	Computeruntersttzte Laborbungen
Computeruntersttzte Laborbungen	Computeruntersttzter Unterricht
Datenanalyse
Othmar Fischer  und  Markus Seidl
Experimente, Versuche und Tests liefern eine abzhlbare Menge n klassifizierter Daten (xi, yi, ni) mit ni als absolute Hufigkeit bzw. (xi, yi, hi ) mit hi=ni /n als relative Hufigkeit oder nicht-klassifizierter Daten (xi, yi), die mit dem Personalcomputer unter Einsatz einer geeigneten Software mathematisch oder statistisch bearbeitet werden knnen. Die Datenanalyse benutzt dazu Methoden der Angewandten Mathematik sowie der Praktischen Informatik und setzt statistische Verfahren ein.
Ziel der mathematischen Behandlung experimentell erfater Daten ist das Ermitteln eines funktionalen Zusammenhanges (Regression, Kurvenanpassung), whrend mit Hilfe der Statistik aus den Eigenschaften einer endlichen Zahl zuflliger Stichproben auf das Verhalten der Gesamtheit geschlossen werden kann. In der Biologie und Medizin mssen Versuche, um Zuflligkeiten mglichst auszuschlieen, nach statistischen Grundstzen durchgefhrt und ausgewertet werden.
Die hier vorgestellte Software untersttzt den Laborunterricht am TGM, Hhere Lehranstalt fr Elektronik, um eine grere Effizienz bei den Laborbungen durch Einschrnken der notwendigen, aber formalen und daher lernunproduktiven, Arbeiten (Tabellen schreiben, Diagramme zeichnen und auswerten) zu erreichen, damit der Unterricht mehr auf die fachbezogenen Lehrinhalte konzentriert werden kann. Das Programm gibt ein Meschema mit 20 Zeilen und 6 Spalten vor, in das die anfallenden Mewerte ber die Tastatur einzutragen sind, zeichnet nach Auswahl der Variablen die Diagramme und fhrt anschlieend eine mathematische oder statistische Auswertung unter verschiedenen Gesichtspunkten durch, wobei die Dateien gespeichert, geladen, neuerlich bearbeitet sowie die Metabelle und die Diagramme, auch farbig, gedruckt bzw. geplottet werden knnen.Mathematische Verfahren (Regression, Kurvenanpassung)
Die Regression pat die Koeffizienten a und b eines gewhlten Kurventyps an die experimentell ermittelten Daten (xi, yi) an, so da das mittlere Fehlerquadrat ein Minimum wird. Die gegenstndliche Software bietet folgende Regressionen zur Auswahl an:
1. Lineare Funktion:	y = a + b.x
2. Exponentialfunktion:	y = a.eb.x    mit a>0 und yi>0
3. Logarithmusfunktion:	y = a+b.ln x mit xi > 0

4. Potenzfunktion:	y = a.xb  mit a>0, x >0 und y >0		                   i        i
Vor dem Anwenden einer Regression sind die Daten grafisch darzustellen ("Punktwolke"), damit durch sachlogische berlegungen die zweckmigste Kurvenanpassung gewhlt werden kann. Die ermittelten Regressions-Koeffizienten a und b gelten jedoch nur im Wertebereich der vorliegenden Daten; die Gltigkeit einer Extrapolation ist fr jeden einzelnen Fall gesondert zu berlegen.
Der Korrelationskoeffizient r2 (0  r2  1) gibt die Qualitt der Kurvenanpassung wieder, die um so besser ist, je mehr sich der Korrelationskoeffizient r2 dem Wert 1 nhert; ein gegen 0 strebender Korrelationskoeffizient r2 widerlegt den gewhlten funktionalen Zusammenhang unter den vorliegenden Daten.
Statistische Verfahren
Die Deskriptive Statistik beschreibt die den Stichproben unmittelbar entnommenen Ergebnisse und beschrnkt diese durch Mittelwertbildung, mit der eine Datenreduktion verbunden ist, auf das Wesentliche. Die Analytische Statistik liefert weitergehende Entscheidungen und Interpretationen und lt das bertragen der aus Stichproben gewonnenen Informationen auf die Gesamtheit zu.Bei jedem Versuch mssen systematische Fehler, das sind solche, die auf einer Gesetzmigkeit beruhen, vermieden und zufllige Fehler, beispielsweise durch greren Stichprobenumfang, reduziert werden. Alle Stichproben mssen zufllig und strukturgleich sein; selektierte Stichproben schrnken die Aussagen fr die Gesamtheit ein.
Die gegenstndliche Software ermittelt aus dem ber die Tastatur eingegebenen Datensatz und den als Argument x und als Funktion y definierten Variablen die folgenden statistischen Grundgren:
1. die arithmetischen Mittelwerte x und y
2. die Standardabweichungen sx und sy 
3. die Variationskoeffizienten Vx und Vy 
4. die Kovarianz sxy  
5. den Korrelationskoeffizienten rxy
Die Schtz- und Test-Theorie beruht auf theoretisch angenommenen Verteilungen und hat das Ziel, eine vorher formulierte Nullhypothese mit einer vorgegebenen Irrtumswahrscheinlichkeit (Signifikanzniveau) oder einem gewhlten Vertrauensbereich (Konfidenzintervall) zu besttigen oder zu verwerfen; diese Sachverhalte berschreiten den Rahmen des Lehrplanes an HTLs.
Software
Die Software "Datenanalyse" ist menuegefhrt und setzt einen IBM-kompatiblen AT-Personalcomputer mit mathematischem Coprozessor, das Betriebssystem DOS 3.3, einen EGA-Bildschirm und einen 24-Nadel-Standard-(Farb-)Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600, NEC P60) bzw. einen HP7475-kompatiblen Plotter voraus.
Nach dem Programm-Start erscheint das Programmlogo und das Hauptmenue, aus dem eine Hilfe aufgerufen, die Eingabe von Daten oder das Laden einer Datei angefordert, das mathematische oder statistische Bearbeiten eines Datensatzes sowie das Hinzufgen eines Textes gewhlt werden kann; im Hinblick auf schulische Laborbungen wurde die zu bearbeitende Datenmenge auf 20 Datenzeilen mit sechs Datenspalten (A, B, C, D, E, F) beschrnkt. Das Hauptmenue mit den zugehrigen Unter- und Folgemenues zeigt das Bild 1.

Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe  Daten  Laden  GrafikStatist Text  Drucken  Quit   
Untermenue "Daten"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Wert   Skal. Einheit Thema  Init.        Speich.  Quit   

Untermenue "Grafik"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿKonfig.Graph 1Graph 2Graph 3                       Quit   
Folgemenue "Konfiguration"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Arg.1 Funkt.1 Arg.2 Funkt.2 Arg.3 Funkt.3 Init.   Quit   

Folgemenue "Grafik"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿRegressFehler Matrix                               Quit   
Folgemenue "Regression"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿlineareexponenlogaritPotenz                        Quit   
Bild 1: Menuestruktur der Software "Datenanalyse"

Das Untermenue "Daten" verlangt die Angabe der Skalierung und der Einheiten und gibt auf einer Bildschirmseite ein Metabelle vor, die durch manuelle Dateneingabe beliebig ausgefllt und mittels "Thema" benannt werden kann. Im Untermenue "Grafik" stehen nach der Auswahl der Variablen und deren Bezeichnung als Argument und Funktion drei grafische Darstellungen in Form von Punktwolken zur Verfgung; das Folgemenue "Grafik" bietet die Regression, die Fehlerberechnung und die Ausgabe der Werte an.
Das Folgemenue "Regression" fhrt die lineare, exponentielle, logarithmische Regression oder die Potenz-Regression mit den in der Metabelle als Argument und Funktion definierten Variablen durch und zeichnet den berechneten Kurvenverlauf in die Punktwolke ein; auerdem besteht die Mglichkeit, den prozentuellen Fehler zwischen den Mewerten ("richtige Werte") und den gerechneten Werten ("falsche Werte") nach der berlegung "richtiger Wert = falscher Wert minus Fehler mal falscher Wert" grafisch darzustellen und eine diesbezgliche Wertetabelle aufzurufen.
Sowohl die Me- als auch die Wertetabelle knnen mit einem erklrenden Text bis zu 20 Bildschirmzeilen versehen, gespeichert und geladen sowie vierfarbig ber einen Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600, NEC P60) oder einen Plotter (HP 7475) ausgegeben werden.
Anwendungsbeispiel fr eine Regression

An einer fr optische Zwecke geeigneten Metallfaden-Glhlampe wird die Spannung U(V) und der Strom I(A) mit zwei Digital-Multimetern in spannungsrichtiger Schaltung gemessen und in einem Lichtkanal die in konstanter Entfernung hervorgerufene Beleuchtungsstrke E(lx) bestimmt; die Mewerte sind in die vorgegebene Metabelle eingetragen und durch die berechneten Gren - Widerstand R(W) der Glhlampe und ihre aufgenommene Leistung P(W) - ergnzt. Das Bild 2 zeigt diese Tabelle und gibt einen erklrenden Text dazu.

Bild 2: Metabelle mit berechneten Werten 

Metabelle fr die Metallfaden-Glhlampe (Nennwert: 6V/5A)
A:	Beleuchtungsstrke in lx	B:	Spannung in V	C:	Strom in A	D:	Widerstand in W	E:	Leistung in W
Die Beleuchtungsstrke wurde in einem Lichtkanal bei konstanter Entfernung bestimmt, Spannung und Strom mit zwei Digital-Multimetern in spannungsrichtiger Schaltung gemessen, Widerstand und Leistung berechnet. 
Die Abhngigkeit der Beleuchtungsstrke, der Leistung und des Widerstandes von der Spannung ist zu ermitteln und grafisch festzuhalten. 
Beleuchtungsstrke

Das Bild 3 zeigt die Abhngigkeit der Beleuchtungsstrke E von der angelegten Spannung U in Form einer Punktwolke und den durch eine Potenz-Regression ermittelten funktionalen Zusammenhang auf; den theoretischen Hintergrund liefert das Stefan-Boltzmannsche Strahlungsgesetz, gem dem die abgestrahlte Energie eines schwarzen Krpers von der vierten Potenz seiner absoluten Temperatur abhngt.
Bild 3: Abhngigkeit der Beleuchtungsstrke von der Spannung mit funktionalem Zusammenhang nach Potenz-Regression
Der sich aus der Potenz-Regression ergebende Zusammenhang wurde nicht auf den Wertebereich der Messung beschrnkt, um die Gltigkeit bzw. Ungltigkeit einer Extrapolation aufzuzeigen.
Das Bild 4 stellt den in Prozent angegebenen relativen Fehler im Wertebereich der Messung grafisch dar, der sich aufgrund der Potenz-Regression ergibt; er liegt innerhalb eines technisch zulssigen Toleranz-Bereiches.
Bild 4: Relativer Fehler der Beleuchtungsstrke aufgrund einer Potenz-Regression in Abhngigkeit der Spannung
Das Bild 5 gibt die aufgrund der Potenz-Regression erstellte Wertetabelle wieder und fhrt den funktionalen Zusammenhang sowie den Korrelationskoeffizienten r2 an. Demnach hngt die Beleuchtungsstrke E von der Potenz 4,36 der Spannung U ab; der Korrelationskoeffizient r2=0,996 besttigt eine sehr gute Kurvenanpassung.
Unter der Voraussetzung, da die Leistung P der Glhlampe mit dem Quadrat der Spannung U zunimmt und die absolute Temperatur T der Leistung P proportional ist, da weder eine Wrmeleitung noch eine Wrmekonvektion infolge des in der Glhlampe herrschenden Hochvakuums mglich ist, erwartet man eher eine Abhngigkeit der Beleuchtungsstrke E von der Spannung U mit einer Potenz um den Wert 8. Allerdings wird die von der Glhlampe als unsichtbares Licht (Infrarot) abgestrahlte Energie (Wrme) metechnisch nicht erfat.
Bild 5: Wertetabelle und funktionaler Zusammenhang nach Potenz-Regression fr die Beleuchtungsstrke in Abhngigkeit der Spannung
Leistung

Das Bild 6 veranschaulicht die von der Metallfaden-Glhlampe in Abhngigkeit der Spannung U aufgenommene Leistung P; die Mewerte sind als Punktwolke eingetragen und der sich nach Potenz-Regression ergebende funktionale Zusammenhang eingezeichnet. Die Potenz-Regression findet ihre Begrndung darin, da die Leistung P bei konstantem Widerstand R vom Quadrat der Spannung U abhngt. Ob der Widerstand R einer Metallfaden-Glhlampe tatschlich von der Spannung U unabhngig ist, kann eine weitere Datenanalyse entscheiden.

Bild 6: Leistung einer Metallfaden-Glhlampe in Abhngigkeit der Spannung

Das Bild 7 zeigt die aufgrund einer Potenz-Regression ermittelten Werte und den dabei entstehenden relativen Fehler in Tabellenform auf und fhrt den funktionalen Zusammenhang zwischen Spannung U und Leistung P einer Glhlampe an. Der relative Fehler liegt unter jedem technisch diskutierbaren Wert. Entgegen der zu erwartenden Potenz 2 ermittelt die Regression nur den Wert 1,54 bei einem Korrelationskoeffizienten r2=1,000 - also eine theoretisch ideale Kurvenanpassung.
Der Faktor 1,81 kennzeichnet den Leitwert (S) der Glhlampe bei einer Spannung von 1 V; das entspricht dem Wert im kalten Zustand.
Die Ursache in diesem Unterschied zwischen Theorie und Praxis liegt in dem Umstand begrndet, da die von Spannungsnderungen verursachten Temperaturnderungen den Widerstand des Metallfadens ndern und damit eine Abhngigkeit des Widerstandes von der Spannung bewirken.

Bild 7: Wertetabelle der Leistung eines Glhlampe in Abhngigkeit der Spannung
Widerstand

Der Widerstand R einer Metallfaden-Glhlampe scheint von der Spannung U abhngig zu sein; eine solche Vermutung lt sich durch Datenanalyse klren, denn theoretisch ist der Widerstand R eines Elektronenleiters (Metall) von Spannung U und Strom I unabhngig. Das Bild 8 stellt den Widerstand R in Abhngigkeit der Spannung U als Punktwolke dar, in die das Ergebnis einer Potenz-Regression eingezeichnet ist. Die Potenz-Regression findet in der bekannten Beziehung fr die Temperaturabhngigkeit des Widerstandes

R  = R  .[1+a  .(q - 20) + b  .(q - 20) ]0    20     20             20         2 
ihre Begrndung.

Bild 8: Widerstand der Glhlampe in Abhngigkeit der Spannung

Das Bild 9 bringt die Wertetabelle mit dem funktionalen Zusammenhang zwischen dem Glhlampen-Widerstand R und der Spannung U unter Angabe des relativen Fehlers; letzterer nimmt im gesamten Bereich Werte an, die ohne jede technische Bedeutung sind. Die Kurvenanpassung mit einem Korrelationskoeffizienten r2=1,000 ist als ausgezeichnet zu bewerten.
In der angefhrten Regressionsbeziehung stellt der Faktor 0,558 den Widerstand (W) der Glhlampe bei einer Spannung von 1 V dar. Setzt man in die Leistungsformel P=U2 /R den aus der Potenz-Regression erhaltenen Ausdruck fr die Abhngigkeit des Widerstandes R von der Spannung U ein, so erhlt man die aus der Potenz-Regression gewonnene Beziehung fr die Leistung P in Abhngigkeit der Spannung U; das besttigt die folgende Rechnung mit hinreichender Genauigkeit.
        U         U 
         2         2
    P =  =  = 1,79.U1,54            R    0,558.U0,458                

Bild 9: Wertetabelle und funktionaler Zusammenhang des Widerstandes einer Glhlampe mit der Spannung
Strom-Spannungs-Kennlinie

Das Bild 10 veranschaulicht die Strom-Spannungs-Kennlinie der Metallfaden-Glhlampe, die aufgrund des Ohmschen Gesetzes eine Gerade durch den Ursprung des Koordinatensystems sein soll.

Bild 10: Strom-Spannungs-Kennlinie der Metallfaden-Glhlampe

Das Bild 11 gibt die Wertetabelle aus einer Potenz-Regression mit dem vom Personalcomputer ausgegebenen Begleit-Text wieder.
Setzt man in das Ohmsche Gesetz U = I.R die aus den Regressionen erhaltenen Beziehungen fr den Strom I und den Widerstand R ein, so liegt mit technisch gengender Genauigkeit bereinstimmung vor.

    U = I.R = 1,81.U      . 0,558.U      = 1,01.U       U                     0,536          0,458         0,994     
Gem des Ohmschen Gesetzes stellt die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Elektronenleiters (Metall) eine Gerade durch den Koordinatenursprung dar; hingegen weicht das gemessene Strom-Spannungs-Diagramm der Metallfaden-Glhlampe exzessiv von diesem Sachverhalt ab.
Die Potenz-Regression liefert den Spannungs-Exponenten 0,536 und den Faktor 1,81, der den Leitwert bei der Spannung 1V bedeutet. 
Der Korrelationskoeffizient 1,000 kennzeichnet beste Kurvenanpassung; dies besttigt auch der im Promille-Bereich liegende relative Fehler zwischen Messung und Rechnung. 

Bild 11: Wertetabelle mit Begleit-Text der Strom-Spannungs-Kennlinie einer Metallfaden-Glhlampe
Anwendungsbeispiel fr eine statistische Auswertung

Der Norm-Blutdruck Jugendlicher soll aus den Blutdruckwerten der Schlerinnen und Schler, Alter 18 bis 20 Jahre, bestimmt und Zusammenhnge aufgrund statistischer Aussagen ermittelt werden. Das Bild 12 stellt die nach der oszillometrischen Methode mit der Hard- und Software "Elektronische Blutdruckmessung" erfaten systolischen und diastolischen Werte (mmHg) tabellarisch dar und das Bild 13 gibt die Ergebnisse der statistischen Auswertung wieder.
Blutdruck          systolisch    diastolisch     DifferenzBurschen               A              B              CMdchen                D              E              F
Bild 12: Systolische und diastolische Blutdruckwerte
Die Burschen weisen mit 121/66,8 mmHg gegenber den Mdchen mit 109/63,5 mmHg hhere systolische Blutdruck-Mittelwerte bei einer greren Streuung auf. Zwischen dem systolischen und dem diastolischen Blutdruck der Burschen (rxy=0,455) besteht eine geringe lineare Abhngigkeit, whrend diese bei den Mdchen (rxy=0,0000) vollstndig fehlt.
Die Blutdruckamplitude - die Differenz zwischen dem systolischen und dem diastolischen Wert - bestimmt vorwiegend der systolische Blutdruck (rxy = 0,885 bei Burschen, rxy = 0,842 bei Mdchen). Die Mdchen besitzen mit 45,5 mmHg eine geringere mittlere Blutdruckamplitude als die Burschen mit 54,3 mmHg bei fast gleicher Streuung.
Diese aus wenigen Stichproben hergeleiteten Aussagen drfen nicht auf die Allgemeinheit bertragen werden.
Die berechneten Blutdruck-Mittelwerte stimmen mit den Angaben in der medizinischen Literatur grundstzlich berein, denn dort wird angefhrt, da 90% der mnnlichen Jugendlichen im Alter von 18 Jahren den Blutdruck RR = 145/90 mmHg und 90% der weiblichen Jugendlichen desselben Alters den Blutdruck RR = 140/90 mmHg nicht berschreiten; die Abkrzung RR bedeutet, da der Blutdruck nach dem Verfahren von Riva-Rocci gemessen wurde. Die Blutdruckamplitude soll mindestens 40 mmHg betragen.
Bild 13: Norm-Blutdruck Jugendlicher, Ergebnisse der statistischen Auswertung

Der Unterrichtswert der Software "Datenanalyse" liegt darin, da Schler lernen, metechnisch erfate Zusammenhnge mit theoretischem Wissen in Beziehung zu bringen und dadurch zu einem folgerichtigen Denken und nicht zu einem gedankenlosen Kenntnisnehmen angeleitet werden.
COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT	Metechnik mit DASH 16F
Metechnik mit DASH 16F	COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT
ADC-DAC-Test

Othmar Fischer und Markus Seidl





Die Software "ADC-DAC-Test" ermglicht das Testen einer Mewert-Erfassungskarte in Zusammenarbeit mit einem Personalcomputer und veranschaulicht die Vorgnge beim Abtasten analoger Zeitfunktionen (Sinus, Rechteck, Dreieck). Das in Turbo-Pascal5.5 erstellte und gelistete Programm verdeutlicht das Programmieren einer Mewert-Erfassungskarte.


Diese Software verlangt einen IBM-AT-kompatiblen Personalcomputer mit EGA-Bildschirm, das Betriebssystem DOS3.3 und die Mewert-Erfassungskarte DASH 16F (MetraByte, Keithley), eingestellt auf 8Differenz-Eingangskanle fr eine Eingangsspannung von 10V.


Der Ausgang eines Funktionsgenerators wird mit einem Analog-Eingangskanal (0bis7) der Mewert-Erfassungskarte und dem y1-Meeingang eines Zweikanal-Oszilloskops verbunden. Der Analog-Ausgangskanal (0oder1) liegt am y2-Meeingang des Oszilloskops. Diese Meanordnung zeigt das Bild1.




Ŀ      Analog-   ĿFunktionsgenerator>>Ĵ       Tastatur                Eingang    DASH  EGA-Bildschirm     Ŀ                      IBM-kompatibler AT    Zweikanal-     <  Analog-    16 F  Drucker              Oszilloskop     <<Ĵ       Plotter                  Ausgang   
Bild2: Meanordnung zum Testen einer Mewert-Erfassungskarte
 mit dem Personalcomputer


Der belegte Analog-Eingangskanal sowie der gewnschte Analog-Ausgangskanal mu der Software mitgeteilt werden. Das Programm liest periodisch den am Analog-Eingangskanal anliegenden Mewert und bergibt ihn dem Analog-Ausgangskanal; dies lt am Oszilloskop einen Vergleich der Ausgangsfunktion mit der Eingangsfunktion zu, aus dem die Arbeitsgeschwindigkeit der Mewert-Erfassungskarte und der Einflu durch das Abtasten zu erkennen ist.


Den Analog-Eingangskanal fat man als Eingang und den Analog-Ausgangskanal als Ausgang eines Ersatz-Vierpols auf und bestimmt die bertragungseigenschaften, das Frequenz- und Zeitverhalten sowie die Linearitt.


Um das Frequenzverhalten zu ermitteln, verndert man die Amplitude und die Frequenz einer sinusfrmigen Eingangsspannung und verwendet dazu den yt- oder xy-Betrieb des Oszilloskops; letzterer liefert die bertragungskennlinie des Systems.


Aus dem Zeitverhalten - Ansteuern mit Rechteckimpulsen, deren Periodendauer und Amplitude verndert wird - erkennt man die Signal-Laufzeit, die Anstiegszeit, die Dachschrge und das berschwingen.


Die Linearitt prft man durch Anlegen einer Dreieckspannung, die man in der Frequenz und Amplitude verndert.


Die Nullpunkt-Konstanz des bertragungssystems lt sich ebenfalls erfassen; dazu legt man dem Analog-Eingangskanal das Nullpotential an und berprft das Potential des Analog-Ausgangskanals.


Diese Messungen werden im Rahmen einer Labor-bung am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik und Hhere Abteilung fr Berufsttige (Elektronik), durchgefhrt und vermitteln einen grundstzlichen Einblick in die Medatenverarbeitung mit dem Personalcomputer.


Das folgende Programm-Listing lt den modularen Aufbau der Software "ADC-DAC-Test" erkennen.


{//////////////////////////////////////////////////////////////////////////}{                                                                          }{   Dateiname        : ADCDAC  .PAS                                        }{   Status           : PROGRAM                                             }{   Zweck            : Dieses Programm dient zum Austesten von ADC und     }{                      DAC der Messwerterfassungskarte MetraByte DAS-16F.  }{                                                                          }{   Datum            : 20.08.1991                                          }{   Version          : 1.10                                                }{   Autor            : Markus Seidl                                        }{   Letzte Aenderung : 26.08.1991                                          }{                                                                          }{   Testumgebung     : Turbo Pascal Compiler 5.5                           }{                      Kingtech AT-286 12MHz, BIOS : Phoenix               }{                                                                          }{   COPYRIGHT        : (c) 1991, Markus Seidl, A-2372 Giesshuebl           }{                      Alle Rechte vorbehalten.                            }{                                                                          }{\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\}PROGRAM adcdac;              { Name des Programms }USES                         { benoetigte Units }     CRT,                    { wg. der Funktionen ReadKey und KeyPressed }     GRAPH,                  { wg. Darstellung im Grafikmodus }     DAS16F;                 { wg. Steuerung der ADC-Karte DAS-16F }{*** DEKLARATIONSBEREICH **************************************************}CONST                        { Tastaturcodes }       F1  = #59;       F2  = #60;       CR  = #13;       ESC = #27;VAR       GraphDriver,         { Variable enthaelt aktuellen Grafiktreiber }       GraphMode,           { Variable enthaelt aktuellen Grafikmodus }       GraphError : INTEGER;       eingabe    : CHAR;                            { Variablen zur Steuerung der ADC-Karte DAS-16F}       basis_adr,           { Basisadr. des DAS-16F Boards (dec. 255-1008) }       board_num,           { Boardnummer (0-3) }       inter_level,         { Interrupt-Level (2-7) }       dma_level,           { DMA-Level (1 oder 3) }       messeingang,         { A/D-Kanal# (0-7 Differentialeingang) }       messausgang,         { D/A-Kanal# (0,1) }       datenwert : INTEGER; { enthaelt ueber ADC einzulesenden bzw. ueber }                            { DAC auszugebenden Datenwert                 }{--------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Logo;{-gibt den Programmtitel sowie die Hauptmenueleiste im Grafikmodus am      }{ Bildschirm aus.                                                          }BEGIN     ClearDevice;                              { Bildschirm loeschen }     SetTextStyle(TriplexFont, HorizDir, 7);     SetTextJustify(CenterText, CenterText);     SetColor(LightCyan);     MoveTo(GetMaxX div 2, 40);     OutText('ADC-DAC-Test');                  { Programmtitel ausgeben }     SetTextStyle(DefaultFont, HorizDir, 1);     MoveRel(0, 70);     OutText('erarbeitet von DI. Othmar Fischer und Markus Seidl');     SetTextJustify(LeftText, CenterText);     { Hauptmenueleiste ausgeben }     SetColor(LightGreen);     MoveTo(0, GetMaxY-10);     OutText('F1-Konfiguration          ');     OutText('F2-Starten der Messung          ');     OutText('ESC-Programm beenden');END; {* Logo *}{--------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Kanalnr_einlesen(VAR kanal : INTEGER;                               Maxnr : BYTE);{-liest von der Tastatur eine Kanalnummer im Bereich 0 bis Maxnr ein und   }{ speichert diese in der Variablen kanal ab.                               }VAR     taste,     maxnrchar   : CHAR;     kanalstring : STRING;     err_code    : INTEGER;BEGIN     maxnrchar := Chr(Ord('0') + Maxnr);     SetTextJustify(RightText, CenterText);     SetColor(Yellow);     Str(kanal, kanalstring);     OutText(kanalstring);                      { aktuelle Kanal# ausgeben }     REPEAT        taste := ReadKey;        IF taste IN ['0'..maxnrchar] THEN        BEGIN                                   { neue Kanal# ausgeben }           Bar(GetX-20, GetY-10, GetX, GetY+10);           OutText(taste);           Val(taste, kanal, err_code);        END;     UNTIL taste = CR;            { Einlesen der Kanal# mit RETURN beenden }END; {* Kanalnr_einlesen *}{--------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Konfigurieren;{- liest Ein- und Ausgangskanalnummer von der Tastatur ein und speichert   }{  diese in den globalen Variablen messeingang und messausgang ab.         }BEGIN     SetFillStyle(SolidFill, Black);     Bar(0, GetMaxY-20, GetMaxX, GetMaxY);     SetTextJustify(CenterText, CenterText);     SetColor(LightGreen);     MoveTo(GetMaxX div 2, GetMaxY - 10);     OutText('RETURN - Eingabe bestaetigen');   { Bedienhilfe ausgeben }     SetTextStyle (TriplexFont, HorizDir, 3);     SetTextJustify(LeftText, CenterText);     SetColor(LightGray);     MoveTo(GetMaxX div 2 - 128, GetMaxY div 2);     OutText('Eingangskanal [0-7] :  ');     kanalnr_einlesen(messeingang, 7);          { Eingangskanal# einlesen }     SetTextJustify(LeftText, CenterText);     SetColor(LightGray);     MoveTo(GetMaxX div 2 - 128, GetMaxY div 2 + 40);     OutText('Ausgangskanal [0-1] :  ');     kanalnr_einlesen(messausgang, 1);          { Ausgangskanal# einlesen }     SetTextStyle(DefaultFont, HorizDir, 1);END; {* Konfigurieren *}{--------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Messen;{-liest in einer Schleife vom Eingangskanal des ADC den Datenwert in die   }{ Variable datenwert ein und gibt diesen Wert am Ausgangskanal des DAC aus.}VAR     taste : CHAR;BEGIN     SetFillStyle(SolidFill, Black);     Bar(0, GetMaxY-20, GetMaxX, GetMaxY);     SetTextJustify(CenterText, CenterText);     SetColor(LightGreen);     MoveTo(GetMaxX div 2, 340);     OutText('Beliebige Taste - Messung beenden');  { Bedienhilfe ausgeben }     SetFillStyle(SolidFill, White);     Bar(150, (GetMaxY div 2)-20, GetMaxX-150, (GetMaxY div 2)+30);     SetTextJustify(CenterText, CenterText);     SetTextStyle(TriplexFont, HorizDir, 4);     SetColor(LightRed);     MoveTo(GetMaxX div 2, GetMaxY div 2);     OutText('Messung laeuft');                     { Messanzeige ausgeben }     REPEAT     { - Messschleife - }        aimp(board_num, messeingang, datenwert);        aout(board_num, messausgang, datenwert);     UNTIL KeyPressed;     taste := ReadKey;END; {* Messen *}{*** Hauptprogramm ********************************************************}{-initialisiert das Grafikpaket und das DAS-16F Board und verwaltet das    }{ Hauptmenue.                                                              }BEGIN    GraphDriver := Detect;                    { Grafiktreiber auswaehlen }    InitGraph(GraphDriver, GraphMode, '');    { Grafikpaket initialisieren }    GraphError := GraphResult;    IF GraphError <> grOk THEN    BEGIN         Writeln('Grafik-Fehler: ', GraphErrorMsg(GraphError));         Writeln('Programm abgebrochen...');         Exit;    END;    board_num := 1;                         { DASH-16F Board initialisieren }    inter_level := 7;    dma_level := 1;    basis_adr := $0300;    messeingang := 0;    messausgang := 0;    board_init(board_num, basis_adr, inter_level, dma_level);    Logo;                                   { Programmlogo ausgeben }    REPEAT    { - Hauptmenue - }       eingabe := ReadKey;       IF eingabe = #0 THEN       BEGIN          eingabe := ReadKey;          CASE eingabe OF             F1 : Konfigurieren;             F2 : Messen;          END;       END;       IF eingabe IN [F1, F2] THEN          Logo;    UNTIL eingabe = ESC;                    { Exit zu DOS mit Esc-Taste }    CloseGraph;END.{*** ADCDAC ***************************************************************}
Digitalspeicheroszilloskop
Othmar Fischer  und  Markus Seidl
Ein Personalcomputer mit einer Mewert-Erfassungskarte (z.B. Metrabyte DASH 16F) lt sich als Digitalspeicheroszilloskop zum Erfassen zeitlich verhltnismig langsam verlaufender periodischer und einmaliger Vorgnge einsetzen, wenn die Analog-Signale mit geeigneten Meverstrkern, die bei Bedarf auch ein TTL-kompatibles Trigger-Signal erzeugen knnen, auf jene Spannungswerte gebracht werden, die der ADC weiterverarbeiten kann (Bild 1).

        ĿDigital- Ŀ         Externer Trigger >Ĵ       Tastatur                   Eingang   DASH  EGA-Bildschirm             Ŀ                IBM-kompatibler AT y1 x >Ĵ   Zweikanal-     >Ĵ 16 F  Drucker            y2 y >Ĵ  Oszilloskop     >Ĵ       Plotter            Me-    Analog-  eingnge                    Eingnge                      
Bild 1: Meanordnung "Digitalspeicheroszilloskop"

Die Software "Digitalspeicheroszilloskop" bietet mit den fr die betreffende Anwendung geeigneten Meverstrkern alle jene Funktionen, die solche Megerte aufweisen, und ermglicht zudem das Dokumentieren der Mewerte, so da die dafr erforderliche Zeit lernproduktiven Aufgaben zugute kommt.
Der y1y2t-Betrieb gestattet neben dem manuellen Auslsen des Triggers ein externes Triggern ber einen Digitaleingang mit ansteigen der oder abfallender Flanke eines TTL-kompatiblen Impulses und ein internes Triggern mit Wahl des Trigger-Kanals, der Triggerflanke und des Triggerpegels, letzterer auf die Werte -5 V, -2 V, -1 V, +1 V, +2 V und +5 V beschrnkt. An Mezeiten stehen 0,1 s, 0,2 s, 0,5 s, 1 s, 2 s, 5 s und 10s Endwert zur Auswahl. In der y1y2t-Betriebsart werden whrend der gewhlten Zeit 500 Mewerte von jedem Eingangskanal in gleichen Zeitintervallen erfat und in Echtzeitverarbeitung mastabsgetreu am Bildschirm dargestellt.
Im xyz-Betrieb steuert der x-Eingangskanal die Horizontal-Ablenkung, der y-Eingangskanal die Vertikal-Ablenkung und der z-Eingangskanal anstelle der Helligkeit die Farbe in fnf Stufen; dabei werden die Kanle abwechselnd mit der hard- und softwaremig hchstmglichen Geschwindigkeit abgetastet.
In beiden Betriebsarten kann bei der System-Konfiguration angegeben werden, ob eine einmalige oder eine fortlaufende Messung erfolgen soll; im letzteren Fall wird der Mevorgang durch Bettigen der ESC-Taste mit dem Ende eines Durchlaufs abgebrochen, wobei die zuletzt abgebildeten Werte erhalten bleiben und weiter bearbeitet, als Datei gespeichert sowie gedruckt bzw. geplottet werden knnen.
Laborbungen mit der Software "Digitalspeicheroszilloskop" lassen sich entweder mit dem Schwerpunkt "Mewert-Erfassung und Echtzeit-Datenverarbeitung mit dem Personalcomputer unter Zeitsteuerung" oder problemorientiert durchfhren, indem der Personalcomputer mit der gegenstndlichen Software und einem geeigneten Meverstrker zum Lsen einer Meaufgabe herangezogen wird. Im ersten Fall lernt der Schler die Eigenschaften eines Personalcomputer-Mesystems kennen, denn aus in der Frequenz vernderten sinusfrmigen Spannungen kann man auf die hchstzulssige Arbeitsgeschwindigkeit schlieen, aus Dreieckspannungen auf die Linearitt und aus Rechteckimpulsen auf das Zeitverhalten. An einmaligen Vorgngen lt sich beispielsweise das Auf- und Entladen eines Kondensators ber einen Widerstand bzw. das Ein- und Abschalten einer Induktivitt zeigen sowie die an einer RLC-Kombination auftretenden freien gedmpften Schwingungen vorfhren, aus denen die Schwingungsparameter (Schwingungsdauer, logarithmisches Dmpfungsdekrement) zu ermitteln sind. Mit einem frei steuerbaren Cursor knnen die Mewerte markiert, in eine Tabelle bernommen und dort mit einem einfachen Text-Editor weiterverarbeitet und mit einer kurzen Erklrung ergnzt werden.

Software
Den Aufbau der menuegefhrten Software "Digitalspeicheroszilloskop" veranschaulicht das Bild 2.
Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig. y1y2t  Zeit    xyz    xy            Quit   
Untermenue "y1y2  t" 
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Start Trigger Laden Speich.Cursor  Text  Drucken  Quit   

Folgemenue "Trigger"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ+ dig. - dig.   +y1    +y2    -y1    -y2   Pegel   Quit   
Folgemenue "Pegel" 
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ - 5 V  - 2 V  - 1 V  + 1 V  + 2 V  + 5 V   man    Quit   

Untermenue "Zeit"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ 0,1 s  0,2 s  0,5 s   1 s    2 s    5 s   10 s    Quit   
Untermenue "xyz" bzw. "xy"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Start         Laden Speich.Cursor  Text  Drucken  Quit   
Bild 2: Menuestruktur der Software "Digitalspeicheroszilloskop"

Die menuegefhrte Software "Digitalspeicheroszilloskop" luft auf einem IBM-kompatiblen AT-Personalcomputer mit DOS 3.3 und setzt die Mewert-Erfassungskarte Metrabyte DASH 16F, konfiguriert fr 8 Differenz-Eingnge und eine Eingangsspannung von 10 V, einen EGA-Bildschirm und einen 24-Nadel-Standard-(Farb-)Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600, NEC P60) bzw. einen HP7475-kompatiblen Plotter voraus.
Nach dem Programmstart erscheint das Programmlogo und das Hauptmenue, aus dem eine Hilfe aufgerufen, das Mesystem konfiguriert, die Mezeit eingestellt und die Betriebsart gewhlt werden kann.
In der Betriebsart y1y2t lt sich die Triggerquelle, die Triggerflanke und der Triggerpegel festlegen sowie die manuelle Betriebsweise whlen. Das Bettigen der Funktionstaste "Start" lst den Mevorgang entweder direkt aus oder gibt die externe bzw. interne Triggerung frei. Bei periodischem Betrieb erfolgt der Abbruch der Messung mit der Taste "ESC" am Ende eines Durchlaufs.
Ein mit den Funktionstasten frei steuerbarer Cursor erlaubt das numerische Ausmessen der vorliegenden Diagramme; die betreffenden Werte werden am Bildschirm angezeigt und bei Bedarf in eine Tabelle bernommen, die auf 20 Bildschirm-Zeilen beschrnkt ist.
Die aufgenommenen Dateien knnen gespeichert, geladen und nachbearbeitet sowie vierfarbig ber einen Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600 oder NEC P60) oder einen Plotter (HP 7475) ausgegeben werden.
Anwendungsbeispiel

Das Bild 3 zeigt in y1y2t - Darstellung den zeitlichen Verlauf der Eingangs- und Ausgangsspannung eines unbelasteten RC-Hochpasses (C = 10 mF, R = 4 kW) und das Bild 4 die zugehrige xy-Darstellung. In beiden Diagrammen wurden die mit dem Cursor markierten Mewerte in eine Datei bernommen, die mit den Ergebnissen ergnzt wurde.





Bild 3: RC-Hochpa (y1 y2 t-Darstellung)








Bild 4: RC-Hochpa (xy-Darstellung)
Triggermodul
{**************************************************************************}{                                                                          }{   Bezeichnung:     UNIT                                                  }{   Name:            DsoMess                                               }{   Autor:           Markus Seidl                                          }{   Ersterstellung:  24-04-1992                                            }{   Letztes Update:  15-05-1992                                            }{   ---------------------------------------------------------------------  }{   Inhalt:          Prozeduren, mit denen Oszillogramme im y1y2t-Betrieb  }{                    und im xyz- bzw. xy-Betrieb mit Hilfe der ADC-Karte   }{                    DASH-16F (MetraByte) aufgenommen werden knnen.       }{                                                                          }{**************************************************************************}UNIT DsoMess;INTERFACE     . . .IMPLEMENTATIONUSES     ...,     Dash16;  { wg. Prozeduren zur Steuerung der Mewert- }              { erfassungskarte DASH-16F Metrabyte        }  .  .  .PROCEDURE trigger_detektieren(messkanal    : BYTE;                              triggerart,                              triggerpegel : INTEGER;                              VAR Quit     : BOOLEAN);{- wartet auf das Triggerereignis gem der konfigurierten Triggerart.   }{  Das Detektieren kann durch Drcken der ESC-Taste abgebrochen werden.  }{  Beschreibung der Parameter:                                           }{  messkanal    - Eingangskanal fr die Mespannung y1. Die Mespannung  }{                 y2 liegt am Mekanal mit der Nummer messkanal+1 an.    }{  triggerart   - siehe unten. (Konstantendefinition)                    }{  triggerpegel - kann die Spannungswerte -5, -2, -1, +1, +2, +5 (Volt)  }{                 oder 0 (entspricht MANUELL) enthalten.                 }{  Quit         - liefert bei Abbruch den Wert TRUE.                     }CONST     { Triggerarten }     PLUSDIG  = 1;   { Digitaler Triggereingang auf HIGH }     MINUSDIG = 2;   { Digitaler Triggereingang auf LOW  }     PLUSY1   = 3;   { Triggerung bei Anstieg der Eingangsspannung y1  }     MINUSY1  = 4;   { Triggerung bei Abfall der Eingangsspannung y1   }     PLUSY2   = 5;   { Triggerung bei Anstieg der Eingangsspannung y2  }     MINUSY2  = 6;   { Triggerung bei Abfall der Eingangsspannung y2   }FUNCTION spannung(datenwert : INTEGER) : REAL;{- liefert einen Spannungswert, der dem bergebenen Datenwert entspricht. }{  Der Datenwert ist ein Abtastwert einer Spannung und liegt im Werte-    }{  bereich von -2048 bis 2047 ( entspricht -10 V bis +10 V ).             }BEGIN     IF datenwert < 0 THEN        spannung := datenwert * 10 / 2048     ELSE        spannung := datenwert * 10 / 2047;END; { spannung }CONST     ip_adr = $0303;  { Adresse fr den digitalen Triggereingang }VAR     y1,     y2,     y1_alt,     y2_alt     : INTEGER;  { Abtastwerte der Eingangsspannungen y1 und y2 }     Detektiert : BOOLEAN;     eingabe    : CHAR;BEGIN     IF (triggerart IN [PLUSY1, MINUSY1, PLUSY2, MINUSY2]) AND        (triggerpegel = MANUELL) THEN     { Bei der Triggereinstellung Manuell ist das Triggerereignis }     { bereits durch das Starten der Messung eingetreten.         }         Quit := False;     ELSE BEGIN        { Abtasten der Eingangsspannungen y1 und y2 }        CASE triggerart OF           PLUSY1, MINUSY1 : ainp(board_num, messkanal, y1);           PLUSY2, MINUSY2 : ainp(board_num, messkanal+1, y2);        END;        Detektiert := False;        Quit := False;        { Detektionsschleife }        REPEAT           { Abtasten der Eingangsspannungen y1 und y2 }           CASE triggerart OF              PLUSY1, MINUSY1 : BEGIN                                   y1_alt := y1;                                   ainp(board_num, messkanal, y1);                                END;              PLUSY2, MINUSY2 : BEGIN                                   y2_alt := y2;                                   ainp(board_num, messkanal+1, y2);                                END;           END;           { Je nach Triggerart wird das entsprechende Triggerereignis }           { abgewartet.                                               }           CASE triggerart OF                PLUSDIG  : IF Port[ip_adr] >= 8 THEN                                 Detektiert := True;                MINUSDIG : IF Port[ip_adr] < 8 THEN                                 Detektiert := True;                PLUSY1   : IF (spannung(y1_alt) <= triggerpegel) AND                              (spannung(y1)     >= triggerpegel) THEN                                 Detektiert := True;                MINUSY1  : IF (spannung(y1_alt) >= triggerpegel) AND                              (spannung(y1)     <= triggerpegel) THEN                                 Detektiert := True;                PLUSY2   : IF (spannung(y2_alt) <= triggerpegel) AND                              (spannung(y2)     >= triggerpegel) THEN                                 Detektiert := True;                MINUSY2  : IF (spannung(y2_alt) >= triggerpegel) AND                              (spannung(y2)     <= triggerpegel) THEN                                 Detektiert := True;           END; { CASE }           { Keyboard abfragen, ob Taste gedrckt wurde. }           WHILE KeyPressed DO BEGIN              eingabe := ReadKey;              CASE eingabe OF                 #0  : eingabe := ReadKey;                 #27 : Quit := True;         { ESC-Taste }              END;           END;        UNTIL Detektiert OR Quit;     END; { ELSE }END; { trigger_detektieren }  .  .  .{---------------------------------------------------------------------}{   Initialisierungsteil:                                             }{   Initialisieren der ADC-Karte DASH-16F (MetraByte).                }{---------------------------------------------------------------------}BEGIN     board_num := 0;     int_level := 7;     dma_level := 1;     basis_adr  := $0300;     board_init(board_num, basis_adr, inter_level, dma_level);END. { UNIT DsoMess }
Analoge Integration
 
Othmar Fischer und Markus Seidl

Die Laborbung "Analoge Integration" wird am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik, durchgefhrt und vermittelt als Lehrinhalt das Zusammenwirken einer Analog-Schaltung (Integrator) mit einem Personalcomputer, verbunden mit einer Einfhrung in die Datenanalyse, mit der die erfaten Medaten einer linearen Regression (Kurvenanpassung) unterzogen und der prozentuelle Fehler zwischen den gemessenen und den errechneten Werten bestimmt und grafisch dargestellt wird, um die Genauigkeit des Analog-Integrators zu erfassen. Dazu wird eine Gleichspannung whrend eines festgesetzten Zeitintervalls integriert; als Resultat entsteht eine zeitproportionale Ausgangsspannung. Diese Vorgangsweise erlaubt es auch, die Qualitt eines Analogwert-Speichers zu berprfen.


Ein Analog-Integrator besteht aus einem dazu geeigneten Operationsverstrker in Inverter-Grundschaltung, der mit einem RC-Glied beschaltet ist, ergnzt mit Einrichtungen zum Setzen der Anfangsbedingung und zum Festlegen des Integrations-Zeitintervalls. Unter der Voraussetzung eines idealen Operationsverstrkers gilt fr den Analog-Integrator die bertragungsgleichung



                   t
               1  
u  (t) = U  -    u (t) dt    q        0           i         
              R.C              
                  0

fr u (t) = U  :      i       i   
    u (t) = U  - U .t     q       0    i  
Die Ausgangsspannung uq(t) des Analog-Integrators entspricht dem Integral der Eingangsspannung ui(t) in den Grenzen von 0 bis t, wobei der Integrations-Zeitkonstanten t = R.C die Bedeutung einer Skalierung zukommt, vermehrt um die Anfangsbedingung U0; die negativen Vorzeichen entstehen durch die Inverter-Grundschaltung.

Ein Integrator arbeitet grundstzlich statisch instabil und dynamisch stabil; daher stellt die Integration einer Gleichspannung technisch das schwierigste, mathematisch aber das einfachste Problem dar, denn eine Konstante ("Gleichspannung") integriert, liefert als Resultat eine lineare Funktion ("zeitproportionale Spannung").


Ein Analog-Integrator bentigt grundstzlich die drei Steuerbefehle


1. SET (Setzen der Anfangsbedingung),

2. HOLD (Speichern des Analogwertes) und

3. RUN (Integration).


Der Personalcomputer gibt diese Steuerbefehle als TTL-kompatible Signale programmgesteuert ab, bernimmt die Ausgangsspannung des Analog-Integrators, digitalisiert sie und fhrt diese Werte der Verarbeitung durch die Software zu. Das Bild1 veranschaulicht den bei dieser Laborbung verwendeten grundstzlichen Versuchsaufbau.



            Ŀ  DO1Ŀ            Digitale <Ĵ                                      Steuerung<Ĵ       Tastatur                                  DO0                                                           EGA-Bildschirm                                                                                    DASH  IBM-kompatibler AT                                                                                16 F  Drucker                  -U0   Analog-  uq(t)                                 >Ĵ Inte-   >Ĵ       Plotter                   >Ĵgrator                                        ui(t)      
Bild 1: Grundstzlicher Aufbau der Laborbung "Analoge Integration"




Im Hinblick auf schulische Laborbungen wurde diese Software nur fr die Integration einer Gleichspannung ausgelegt und beinhaltet innerhalb der gewhlten Mezeit drei Betriebsarten:


1.	"manuell":Steuerung von SET, HOLD und RUN ber Funktionstasten

2.	"periodisch":abwechselnd eine Sekunde lang RUN und dann HOLD

3.	"kontinuierlich":Integration (RUN) whrend der gesamten Mezeit

Die gewhlte Betriebsart und der aktive Steuerbefehl werden am Bildschirm festgehalten; wenn ein Steuerbefehl wirksam ist, wird die Ausgangsspannung des Analog-Integrators numerisch ausgegeben. Nach erfolgter Messung lt sich in allen Betriebsarten ein Cursor ber den gewhlten Zeitbereich bewegen; dabei werden die der Cursor-Position entprechenden Zahlenwerte am Bildschirm dargestellt.


Beispielsweise vermittelt das Bild2 einen Eindruck von der Qualitt eines Analogwert-Speichers. Dazu wurde in der Betriebsart "kontinuierlich" als Anfangsbedingung die Ausgangsspannung auf den Wert -5V gesetzt, die Eingangsspannung 0V mit der Zeitkonstante 1s ber eine Zeit von 10s integriert, anschlieend eine lineare Regression durchgefhrt und der prozentuelle Fehler berechnet.



















    

Bild2: Integration der Eingangsspannung 0V mit der Anfangsbedingung U0=-5V; prozentueller Fehler nach Regression




Als weiteres Beispiel zeigt das Bild3 die analoge Integration einer Gleichspannung mit der Zeitkonstanten t=1s ber eine Zeit von 10 Sekunden bei der Anfangsbedingung U0=-5V in der Betriebsart "kontinuierlich". Aus den aufgenommenen Mewerten wurde die bertragungsgleichung durch lineare Regression bestimmt; dann wurde der prozentuelle Fehler zwischen den gemessenen und den berechneten Werten ermittelt und dieser grafisch dargestellt.




















Bild3: Integration einer Gleichspannung, lineare Regression
 und Fehlerberechnung




Software



Das Programm setzt einen IBM-kompatiblen AT-Personalcomputer mit DOS3.3, einen EGA-Bildschirm und die Mewerterfassungskarte DASH16F (MetraByte, Keithley), eingestellt auf 8Differeinzeingnge fr eine bipolare Eingangsspannung von 10V, voraus. Nach dem Programmstart erscheint das Programmlogo mit dem Hauptmenue, aus dem eine Hilfe aufgerufen, die Meumgebung konfiguriert, die Mezeit eingestellt und die manuelle, periodische oder kontinuierliche Steuerung des Analog-Integrators gewhlt werden kann. Das Hauptmenue und die Untermenues "manuell", "periodisch" und "kontinuierlich" mit den Folgemenues fr "Messen" zeigt das Bild4.


Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig.manuellperiod.kontin.                Quit   
Untermenue "manuell"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden        Cursor  Text  Drucken  Quit   
Ŀ Ŀ  SET   HOLD    RUN                                Quit   
Untermenue "periodisch"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden        Cursor  Text  Drucken  Quit   
Ŀ Ŀ  SET   START                                      Quit   
Untermenue "kontinuierlich"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden Regres.Cursor  Text  Drucken  Quit   
Ŀ Ŀ  SET   START                                      Quit   
Bild 4: Menuestruktur der Software "Analoge Integration"


In der Konfiguration wird festgelegt, welchen Analog-Eingangskanal (CH0 bis CH7) der Integrator-Ausgang belegt und welche Digital-Ausgnge (OP0 bis OP3) die Steuersignale fr den Analog-Integrator liefern; auerdem kann eine Mezeit von 10s, 20s, 30 oder 40s gewhlt werden, innerhalb der der Personalcomputer den Analog-Eingang periodisch 500mal abtastet.


Die Betriebsart "manuell" gestattet es, die Anfangsbedingung zu setzen und den Analog-Integrator nach dem Start der Messung whrend der gewhlten Mezeit mit den zugeordneten Funktionstasten (SET, HOLD und RUN) zu steuern.


In der Betriebsart "periodisch" wird der Analog-Integrator nach dem Setzen der Anfangsbedingung und folgendem Start abwechselnd whrend einer Sekunde auf RUN und dann whrend einer Sekunde auf HOLD geschaltet, bis die konfigurierte Mezeit abgelaufen ist.


Bei der Betriebsart "kontinuierlich" luft der Analog-Integrator nach dem Setzen der Anfangsbedingung und dem Start whrend der festgelegten Mezeit auf RUN; anschlieend kann die lineare Regression (mathematisch: y=a+b.x) die ermittelte bertragungsfunktion wird angegeben mit der Berechnung des prozentuellen Fehlers durchgefhrt werden, wobei die Ergebnisse grafisch aufscheinen. berschreitet die Ausgangsspannung des Analog-Integrators den Arbeitsbereich des Analog-Digital-Konverters (9,995V), so wird die laufende Messung abgebrochen und die bis dahin erfaten Daten ausgewertet.


Die aufgenommenen Dateien knnen mit einem erklrenden Text bis zu 20Bildschirmzeilen versehen, gespeichert und geladen sowie vierfarbig ber einen 24-Nadel-Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL2600, NECP60) oder Plotter (HP7475A) ausgegeben werden.



Computergefhrtes Messen mit Dehnungsmestreifen

Othmar Fischer und Markus Seidl









Der Dehnungsmestreifen setzt als passiver Mewertwandler seine mechanische Dehnung in eine elektrische Gre, eine Widerstandsnderung, um und ist seinen hervorragenden Eigenschaften wegen - ausgeprgte Linearitt ohne Hysterese im gesamten Mebereich bei groer Empfindlichkeit - neben den piezoelektrischen, induktiven, potentiometrischen und piezoresistiven Mewertumformern zum Erfassen mechanischer Gren am weitesten verbreitet. Das Bild1 erlutert die grundstzliche Arbeitsweise eines Dehnungsmestreifens.



   ڿڿڿڿ                     R ... Widerstand in Ohm (W)
                                    l     l ... Lnge in mٳ  R = r.                   A     A ... Querschnitt in mm2                                          r ... spez. Wid. in W.mm2/m    
Bild1: Grundstzliche Arbeitsweise eines Dehnungsmestreifens



Wird ein metallischer Leiter (Draht) gedehnt, so nimmt seine Lnge l zu und, weil das Materialvolumen erhalten bleibt, mu sich der Leiter-Querschnitt A entsprechend verringern: Querkontraktion aufgrund einer Lngsdehnung. Beides vergrert gem der im Bild1 angefhrten Beziehung den elektrischen Widerstand R; analoge berlegungen gelten fr das Stauchen des Leiters.


Der Dehnungsmestreifen erfat die Dehnung in Form einer Widerstandsnderung an der Stelle seiner Applikation und in der Richtung des Megitters, wobei die Dehnung e=Dl/l (relative Lngennderung) mit dem vom Hersteller angegebenen k-Faktor (1,80 bis 2,20) auf die Widerstandsnderung DR gem der Beziehung k=DR/e bertragen wird. Die unter mechanischer Belastung eingetretene Dehnung liefert bei bekannten Materialeigenschaften die wirkende Kraft.


Die technisch vorkommenden Dehnungen liegen hchstens im Promille-Bereich und ergeben somit Widerstandsnderungen in derselben Grenordnung. Solche kleine Widerstandsnderungen lassen sich nur mit einer Wheatstone-Mebrcke (Bild2) erfassen, wobei nicht die bliche Nullmethode, sondern die Deviationsmethode zum Einsatz kommt, bei der die Differenz der Brcken-Ausgangsspannung DUx einer kleinen Widerstandsnderung DRx gengend genau proportional ist.



      Rx               RN        Nullmethode:    Ŀ         Ŀ               R1Ĵ      Ĵ      Ŀ  Rx = RN .     fr Ux=0	                        R2                             Deviationsmethode:               Ux                            DUx             v                DRx = -4.RN .   fr R1=R2  Ŀ        Ŀ                   UĴ      Ĵ      Ĵ                DRx               und   0,998    1,002      R                R                      R 
       1                7                       N
                  > U             
Bild 2: Wheatstone-Mebrcke



Die Deviationsmethode setzt voraus, da die Mebrcke annhernd abgeglichen ist und die auftretenden Widerstandsnderungen klein bleiben; dann gilt fr die Widerstandsnderung DRx die im Bild2 angegebene Beziehung. Die geforderten Bedingungen sind bei der Anwendung von Dehnungsmestreifen hinreichend erfllt.


Um die an der Mebrcke entstehende kleine Spannung Ux elektronisch mit dem Personalcomputer ber eine Mewert-Erfassungskarte (Keithley-DASH-16F) verarbeiten zu knnen, ist eine 1000-fache Spannungsverstrkung erforderlich, die ein Instrumentations-Verstrker mit entsprechenden Eigenschaften vornimmt.

Das zugehrige DMS-bungsgert enthlt die Mechanik und Elektronik, um die Biegung, Torsion und Schwingung durchzufhren. Dazu ist auf einem einseitig eingespannten Trger eine Dehnungsmestreifenkette aufgebracht, deren 10 Dehnungsmestreifen abwechselnd in Lngs- und in Querrichtung angeordnet sind (L1 bis L5 und Q1 bis Q5).


Nach dem Programmstart verlangt die Software die Konfiguration der Meumgebung und bietet dazu eine Hilfe an; anschlieend kann die Einstellung des k-Faktors berprft und die Verstrkung eingestellt werden. Ein Untermenue gestattet die Auswahl zwischen der Biegung, der Torsion und der Schwingung, wobei die Biegung und Torsion durch Auflegen von Gewichten, letztere ber einen Hebelarm, erzeugt wird; beide Messungen laufen seitens der Software gleichartig ab.


Nach dem Start der Messung gibt das Programm ein dem DMS-bungsgert angepates Me-Schema vor, innerhalb diesem jede einzelne Messung beliebig ausgewhlt und wiederholt werden kann, wobei vor jeder Messung die Mebrcke annhernd abzugleichen ist. Das Programm berechnet die Dehnung e in Abhngigkeit des aufgelegten Gewichts G und ordnet diese dem gewhlten Meort x (L1 bis L5 und Q1 bis Q5) zu, hlt das Ergebnis in einer Matrix fest und bringt die beiden Diagramme e=f(x,G) - Graph1 - und e=f(x,G) - Graph2 - auf den aktuellen Stand; diese Diagramme knnen jederzeit aufgerufen werden, um die Messung zu beurteilen. Das Bild3 zeigt das von der Software vorgelegte Me-Schema mit einigen eingetragenen Mewerten, whrend die Bilder4 und 5 die zugehrigen Diagramme wiedergeben.


Das Aufnehmen der Biegeschwingungen setzt den angenherten Abgleich der Mebrcke und das Einfgen einer Feder voraus. Die Schwingungen werden durch kurzes Anstoen ausgelst und in Echtzeit-Verarbeitung am Bildschirm dargestellt; sie besttigen die hohe Kreisgte mechanischer Schwingkreise (Bild6).


Ein einfacher Text-Editor erlaubt das Hinzufgen eines erklrenden Textes bis zu 20 Bildschirm-Zeilen. Alle Me-, Grafik- und Text-Dateien knnen gespeichert, geladen und vierfarbig gedruckt (Matrix-Farbdrucker Fujitsu DL2600) bzw. geplottet (HP7475A) werden.

















 
Das DMS-bungsgert dient mit der dafr erstellten Software "DMS" dem Labor-Unterricht am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik und Hhere Abteilung fr Berufsttige (Elektronik). Diese Labor-bung soll elektronische Kenntnisse (Wheatstone-Mebrcke, Instrumentationsverstrker) vertiefen und deren praktische Anwendung ermglichen, ein computergefhrtes Messen veranschaulichen und mit den Eigenschaften des Dehnungsmestreifens vertraut machen; dabei wird das Grundwissen der Mechanik wiederholt und das technische Verstndnis fr einfache mechanische Vorgnge geweckt, da eine verbale Auswertung der vom Personalcomputer gefhrten Messung, der vorgenommenen Berechnung und der grafischen Darstellung verlangt wird.











Bild3: Me-Schema fr das DMS-bungsgert mit Mewerten





























Bild4: Biegung gem Bild 3: Diagramm e=f(x,G) - Graph 1

























Bild5: Biegung gem Bild 3: Diagramm e=f(x,G) - Graph 2





























Bild6: Biegeschwingungen eines einseitig eingespannten Stabes


Software


Nach dem Start des Programms "DMS" erscheint das Programmlogo und das Hauptmenue, aus dem die Untermenues angesprochen werden: Bild 7.





Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig.k-Fakt.Verst. Messen                 Quit   
Untermenue "Messen"
Ŀ Ŀ Bieg.  Tors. Schwin.                              Quit   

Untermenue "Matrix"
Ŀ ĿMessen Speich. Laden Graph 1Graph 2 Text  Ausgabe  Quit   

Untermenue "Diagramm"
Ŀ ĿMessen Speich. Laden                Text  Ausgabe  Quit   
Bild 7: Menuestruktur der Software "DMS"
COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT	Biomedizinische Metechnik
Biomedizinische Metechnik	COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT
Uroflowmetrie
Othmar Fischer und Markus Seidl

Die Software "Uroflowmetrie", verbunden mit einer geeigneten Hardware, untersttzt am Technologischen Gewerbemuseum, Hhere Lehranstalt fr Elektronik, Ausbildungszweig Biomedizinische Technik, den Laborunterricht in der Endausbildung und vermittelt folgende Lehrinhalte:


1.	Elektronisches Erfassen nichtelektrischer Gren mit einem DMS-Mewertaufnehmer - Wgezelle - und analoges Aufbereiten der Signale zum Ansteuern der Mewert-Erfassungskarte eines Personalcomputers unter Beachtung der erforderlichen Skalierung.


2.	Echtzeit-Datenverarbeitung - Steuern der Multiplexer und des
 ADC, Zeitsteuerung unter Einsatz der Zhler - sowie Auswerten
 und Dokumentieren der Medaten mit dem Personalcomputer


In der Medizin erlangen Funktionsprfungen gegenber morphologischen Untersuchungen eine immer grere Bedeutung, da erstere den Patienten weder belasten noch ein Risiko fr ihn darstellen und deshalb beliebig oft, beispielsweise zur Therapiekontrolle, wiederholt werden knnen.
 

Die Uroflowmetrie (Harnflumessung), ein Funktionstest, erfat als nichtinvasive Basisuntersuchung gemeinsam die Funktion von Blase und Harnrhre und dokumentiert Art und Ausma der Miktionsstrung. Eine normale Harnflukurve und fehlender Restharn (Restharnquotient kleiner 20%) schlieen bei Erwachsenen eine Funktionsstrung beider Organe zuverlssig aus.


Die Uroflowmetrie erfordert keine Anwesenheit des Untersuchers beim Patienten, wenn dieser sein "kleines Geschft" in gewohnter Weise verrichtet, nur erfat eine Elektronik den zeitlichen Verlauf und wertet ihn zahlenmig aus. Daher treten keine psychisch bedingten Miktionsstrungen auf oder sie sind - falls trotzdem vorhanden - klinisch relevant. Die Uroflowmetrie eignet sich auch als Screening-Verfahren zum berprfen grerer Bevlkerungsgruppen.


Die Gestalt des Miktiogramms, verbunden mit einigen daraus abgeleiteten Zahlenwerten, erlaubt dem Facharzt eine Beurteilung, ob weitere Untersuchungen bezglich Verengungen, Krmpfe, Lhmungen oder neurologische Strungen notwendig sind.


Das Miktiogramm - Bild 1 - erfat die Miktionsmenge (Volumen oder Gewicht) m(t) und den Miktionsflu (nderung der Miktionsmenge nach der Zeit) dm/dt in Abhngigkeit der Zeit t.
Bild 1: Miktiogramm eines gesunden Erwachsenen


Das Miktiogramm liefert als charakteristische Gren


1. die Miktionszeit T,

2. die Miktionsmenge M,

3. den mittleren Miktionsflu (M/T),

4. die Fluanstiegszeit tmax und

5. den maximalen Miktionsflu [dm(t)/dt]max.


Diese Werte lassen mit der Form des Miktiogramms Rckschlsse auf anatomische, funktionelle, obstruktive oder neuropathische Miktionsstrungen zu. Der maximale Miktionsflu (18 ml/s bis 44 ml/s) mu im ersten Drittel der Miktionszeit T liegen und mit dem mittleren Miktionsflu (10 ml/s bis 30 ml/s) korrelieren.


Gem medizinischen Unterlagen bietet sich zum Aufnehmen des Miktiogramms gertetechnisch das rotationsdynamische, gravimetrische oder induktive Prinzip an; das Meverfahren darf das Miktiogramm nicht verflschen. Der Aufnehmerteil des Uroflowmeters soll sich in einem abgeschlossenen Raum - einer Toilette als gewohnte Umgebung - befinden, um die psychische Alteration des Patienten auszuschlieen. Der Registrierteil mu dem Patienten nicht zugnglich sein.


Hardware

Aus verstndlichen Grnden kann die Uroflowmetrie im Laborunterricht an einer Hheren Technischen Lehranstalt nur mit einem Modell, einer "knstlichen Blase", durchgefhrt werden. Dabei ist zu bedenken, da es mit keinen technischen - toten - Materialien mglich ist, die Eigenschaften und das Verhalten eines lebenden physiologischen Gewebes auch nur einigermaen nachzubilden. Durch geschicktes Manipulieren physikalischer Parameter erhlt man mit der "knstlichen Blase" Miktionskennlinien, die in ihrer prinzipiellen Gestalt denen des natrlichen Vorganges sehr hnlich sind. In diesem Sinne ist auch die Beschrnkung der Miktionsmenge im Experiment auf 100 g gegenber bis zu 700 ml beim natrlichen Vorgang zu verstehen.


Das Programm nimmt whrend der Aufnahmezeit - whlbar sind 10, 15, 20 und 25 Sekunden - 500 Mepunkte in gleichen Zeitabstnden auf und stellt die Miktionsmenge und den Miktionsflu in Echtzeitverarbeitung am Bildschirm dar, wobei eine Skalierung von 1V = 10 g fr die Miktionsmenge und 1 V = 1 g/s fr den Miktionsflu hardwaremig vorausgesetzt wird. Das Bild 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Meanordnung.
Nach der Beendigung des Mevorganges berechnet das Programm aus den Mewerten die Miktionszeit, die Miktionsmenge, den mittleren und den maximalen Miktionsflu, gibt diese Werte am Bildschirm aus und erlaubt das Einblenden des aus der gemessenen Miktionsmenge berechneten Miktionsflusses, um den Unterschied zwischen Messung und Rechnung aufzuzeigen.


Das aufgenommene und am Bildschirm dargestellte Miktiogramm kann als Datei gespeichert und mit einem Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600) oder einem Plotter (HP7475A) vierfarbig wiedergegeben werden. 

Ŀknstl.Blase  Ŀ                 v                           Ŀ       Ŀ         Ŀ             m(t)         Tastatur                     Wge-    Analoge  >Ĵ DASH  EGA-Bildschirm                     > Signal-                IBM-kompatibler AT           zelle    formung  >Ĵ 16 F  Drucker                                  dm/dt        Plotter                                       
Bild 2: Prinzipieller Aufbau der Meanordnung "Uroflowmetrie"



Software
Die Software "Uroflowmetrie" luft auf einem IBM-AT-kompatiblen Personalcomputer mit EGA-Bildschirm, setzt die Mewert-Erfassungskarte MetraByte DASH-16F und das Betriebssystem DOS 3.3 voraus und umfat die Module MENUE, HILFE, KONFIG, AUFNEHMEN, AUSWERTEN, DATEI, DRUCKEN und PLOTTEN. Nach dem Programmstart erscheint das Programmlogo mit der Menleiste.


Das Modul MENUE realisiert eine Menleiste mit zugehriger Menzeile, die ber den aktuellen Zustand des Programms informiert.


Das Modul HILFE gibt wichtige Hinweise, auch bezglich der von der Software vorausgesetzten Hardware-Konfiguration am Bildschirm aus.


Das Modul KONFIG stellt eine vorgegebene Konfiguration der Meumgebung ein, die der Benutzer seinen Erfordernissen anpassen kann.


Das Modul AUFNEHMEN steuert den Zeitablauf der Messung und stellt in Echtzeitverarbeitung die Miktiogramme am Bildschirm farbig dar.


Das Modul AUSWERTEN berechnet die verlangten Kenngren aus den Miktiogrammen, gibt sie am Bildschirm aus und blendet den berechneten Miktionsflu ein.


Das Modul DATEI speichert aufgenommene Miktiogramme auf der Festplatte ab und gestattet das Laden gespeicherter Dateien.


Die Module DRUCKEN und PLOTTEN geben die Miktiogramme auf den entsprechenden Ausgabegerten vierfarbig aus. 
Meergebnis



Das Bild3 zeigt ein mit der "knstlichen Blase" fr Unterrichtszwecke aufgenommenes Miktiogramm und das Bild 4 dasselbe Miktiogramm mit eingeblendetem Miktionsflu, der aus der gemessenen Miktionsmenge berechnet wurde.


















Bild 3: Fr Unterrichtszwecke aufgenommenes Miktiogramm



















 
Bild 4: Miktiogramm, berechneter Miktionsflu eingeblendet
Elektronische Blutdruckmessung

Othmar Fischer und Markus Seidl





Das Herz arbeitet als Druckpumpe und frdert in der Minute bei 60 bis 80 Pulsschlgen 5 l bis 6 l Blut durch den groen und kleinen Blutkreislauf. Mit jeder Kontraktion des Herzmuskels steigt der Druck im Blutgefsystem an (systolischer Blutdruck) und sinkt in der darauf folgenden Entspannungsphase des Herzmuskels ab (diastolischer Blutdruck); whrend dieser strmt das Blut infolge des Drucks im Blutgefsystem aus den Venen in das Herz.


Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) legt mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 2% - zweiseitiger Kolmogoroff-Smirnoff-Test fr kontinuierliche Verteilung einer stochastischen Gre - folgende Beurteilung der 24-Stunden-Blutdruck-Mittelwerte fr Erwachsene fest:


1.	Normaler Blutdruck: bis 140/90 mmHg

2.	Kontrollbedrftiger Grenzbereich: bis 160/95 mmHg

3.	Therapiewrdiger erhhter Blutdruck (Hypertonie):
 ber 160/95 mmHg


Die Blutdruckmessung (Sphygmomanometrie) wurde von Riva-Rocci-Korotkoff eingefhrt und der Blutdruck aufgrund dieses Meverfahrens definiert. Um den Oberarm des Patienten wird eine Druckmanschette gelegt und mit Luft aufgepumpt, bis die Armschlagader abgeschnrt und kein Strmungsgerusch in der Ellenbogenbeuge mit dem Stethoskop zu hren ist. Anschlieend wird der Druck in der Manschette mit ungefhr 10 mmHg/s stetig verringert. Wenn die Pulswelle die Armschlagader ffnet, entsteht ein Strmungsgerusch, das als Korotkoff-Gerusch bezeichnet wird; dieses verschwindet, wenn der Druck der Manschette die Blutstrmung in der Armschlagader nicht mehr behindert. Beim ersten Auftreten des Korotkoff-Gerusches wird der systolische ("erster Wert") und unmittelbar nach dem Verschwinden des Korotkoff-Gerusches der diastolische Blutdruck ("zweiter Wert") als berdruck in Bezug auf den Luftdruck (Relativdruck) am Manometer (Membran- oder Quecksilber-Manometer) abgelesen. Der Blutdruck ist am linken und rechten Oberarm des liegenden Patienten zu messen; medizinisch gelten die hheren Werte. Der Unterschied zwischen dem systolischen und dem diastolischen Blutdruck soll mindestens 40mmHg betragen.


Die Methode nach Riva-Rocci-Korotkoff ist als ein subjektives Meverfahren einzustufen, auch dann, wenn das Stethoskop durch ein Mikrofon (elektronisches Stethoskop) ersetzt wird. Vom richtigen Plazieren des Stethoskops bzw. Mikrofons und dem eindeutigen Erkennen der Korotkoff-Gerusche hngt die Zuverlssigkeit der ermittelten Blutdruckwerte weitgehend ab.


Die oszillometrische Methode als objektives Meverfahren bentzt die Drucknderungen whrend des Pulsschlages in der Manschette, um das Abschnren und ffnen der Armschlagader durch den whrend des mit 2mmHg/s bis 3mmHg/s sinkenden Manschettendrucks zu erkennen, denn bei vollstndig abgedrckter oder freier Armschlagader treten whrend des Pulsschlages geringere Drucknderungen in der Manschette auf als bei teilweise eingeengter Armschlagader. Beeinflut aber der Manschettendruck die Blutstrmung in der Armschlagader, so entstehen in der Manschette mit jedem Pulsschlag grere Drucknderungen, aus denen der von Riva-Rocci-Korotkoff definierte systolische und diastolische Blutdruck zu ermitteln ist.


Die nach dem oszillometrischen Prinzip arbeitenden elektronischen Blutdruckmesser wren aufgrund vorstehender berlegungen mit einem systematischen Fehler von 2mmHg bis 3mmHg behaftet; jedoch zeigen sie gegenber den vom Arzt nach der Methode von Riva-Rocci-Korotkoff festgestellten Blutdruckwerten einen um 5mmHg bis 10mmHg zu hohen systolischen und einem um 10mmHg bis 20mmHg zu hohen diastolischen Wert an, weil das langsame Absenken des Manschettendruckes und das dadurch bedingte zu lange Stauen des Blutes im Arm zu hohe Blutdruckwerte vortuscht. Andererseits wrde bei der oszillometrischen Methode ein Absinken des Druckes von 10mmHg/s einen zu groen systematischen Fehler ergeben, da nur mit jedem Pulsschlag, also durchschnittlich jede Sekunde, eine Drucknderung erfolgt, aus der der systolische und der diastolische Blutdruck bestimmt werden kann.


Die dargelegten Umstnde verdeutlichen die grundstzliche Frage: "Welche Hardware kann ein menschliches Sinnesorgan - im gegenstndlichen Fall das Ohr - und welche Software die Intelligenz eines Menschen auch nur einigermaen ersetzen?"


Blutdruckmegerte (Sphygmomanometer) unterliegen nach den gesetzlichen Bestimmungen der Eichpflicht. Die Eichung gilt zwei Jahre und ist vor ihrem Ablauf zu erneuern. Die Eichmarke mu an einer fr den Patienten gut sichtbaren Stelle des Blutdruckmessers angebracht werden.


Die Laborbung "Elektronische Blutdruckmessung" kommt am TGM, Hhere Lehranstalt fr Elektronik, Ausbildungszweig Biomedizinische Technik, zum Einsatz und vermittelt folgende Lehrinhalte:


1.	Umsetzen einer nichtelektrischen Gre - Gasdruck - in ein entsprechendes elektronisches Signal mittels eines induktiven Relativdruck-Aufnehmers, Ansteuern desselben und analoges Aufbereiten des gelieferten Signals (frequenzselektiver Brckenverstr
ker, Przissions-Gleichrichtung) fr eine PC-Mewert-Erfassungskarte und Bercksichtigen der erforderlichen Skalierung.


2.	Echtzeit-Datenverarbeitung mit dem Personalcomputer unter Zeitsteuerung, Darstellen, Auswerten und Dokumentieren der Medaten.


3.	Digitales Steuern netzbetriebener Gerte (Kompressor, Magnetventile) mit dem Personalcomputer.


4.	Einen Algorithmus zu berlegen, der aus den erfaten Drucknderungen den nach Riva-Rocci-Korotkoff definierten Blutdruck liefert.


Den prinzipiellen Labor-Aufbau zum elektronischen Messen des Blutdrucks zeigt das Bild 1. Das Quecksilber-Manometer dient in Verbindung mit einem Stethoskop zum gleichzeitigen Erfassen des systolischen und diastolischen Blutdrucks nach der Methode von Riva-Rocci-Korotkoff und erlaubt, die entsprechenden Werte aus den bei der oszillometrischen Methode whrend des Pulsschlages entstehenden Drucknderungen abzuleiten.



ĿHg-  Mano-meter                                   Ŀ    Ŀ DO1Ŀ   ͵Komp-  <Ĵ         <Ĵ                                   ressor              <Ĵ       Tastatur                        Digitale  DO0                                   Ŀ    Steuerung           EGA-Bildschirm        ͵Magnet-<Ĵ                                                Ventile<Ĵ                    IBM-kompatibler AT                                                              Ŀ                  16 F  Drucker                     indukt.    Analoge  p(t)                             ͵Druck- >ĴSignal-  >Ĵ       Plotter                     aufnmr.>Ĵformung  >Ĵ                                           Ŀ                     dp/dt         Blutdruck-manschette
Bild 1: Labor-Aufbau zum elektronischen Messen des Blutdruckes
 nach der oszillometrischen Methode




Nach dem Konfigurieren des Mesystems, das auch das Festlegen der Mezeit beinhaltet, kann die Messung gestartet werden. Diese beginnt mit dem Aufpumpen der Blutdruck-Manschette auf den gewhlten Druck. Eine Strmungsdrossel lt den Druck in der Manschette mit 2mmHg/s bis 3mmHg/s stetig absinken. Der Druck p(t) und die vom Pulsschlag verursachten Drucknderungen dp(t)/dt werden vom Personalcomputer erfat, in Echtzeitverarbeitung am Bildschirm grafisch dargestellt und anschlieend ausgewertet. Nach beendeter Messung ffnet das Magnetventil und lt den Druck aus der Manschette ab.


Das Bild 2 gibt den zeitlichen Verlauf des Druckes p(t) und die vom Pulsschlag verursachten Drucknderungen dp(t)/dt wieder; aus letzteren ist die Kollision mit dem Abtast-Theorem deutlich zu erkennen, denn die Drucknderungen stellen annhernd periodische Vorgnge dar, die vom Personalcomputer periodisch abgetastet werden. Das gleichzeitige Erfassen des Blutdrucks nach der Methode von Riva-Rocci-Korotkoff liefert fr die im Bild 2 dargestellten Drucknderungen den Wert 105/70mmHg.





































Bild 2: Zeitlicher Verlauf des Druckes p(t) und der Drucknderung dp(t)/dt




 
Software



Die Software "Blutdruckmessung" setzt fr den Druck p(t) in der Manschette eine Skalierung von 200mmHg+10,0V und fr die Drucknderungen dp(t)/dt eine solche von +20mmHg/s+10,0V bzw. -20mmHg/s-10,0V voraus.

Nach dem Start des Programms "Blutdruckmessung" erscheint das Programmlogo und anschlieend das Hauptmenue, aus dem eine Hilfe aufgerufen, die Meumgebung konfiguriert und die Messung angefordert werden kann. Das Hauptmenue und das zugehrige Untermenue "Messen" veranschaulicht das Bild 3.




Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig.Messung                              Quit   
Untermenue "Messen"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden        Cursor  Text  Drucken  Quit   
Bild 3: Menuestruktur der Software "Blutdruckmessung"




Bei der Konfiguration "automatisch" fordert das Programm im Untermenue "Messen" die Eingabe eines Druckes an, auf den die Blutdruck-Manschette vom Kompressor aufgepumpt wird; anschlieend beginnt das Registrieren des Druckes p(t) und der Drucknderungen dp(t)/dt whrend der festgelegten Mezeit von 15, 20, 25 oder 30 Sekunden.


Falls die Konfiguration "manuell" gewhlt wurde, mu vor dem Start der Messung die Blutdruck-Manschette entweder mit der Hand oder elektrisch auf den gewnschten Druck aufgepumpt werden, wobei der jeweils herrschende Druck am Bildschirm numerisch angezeigt wird.


Die aufgenommenen Dateien knnen mit einem erklrenden Text bis zu 20 Bildschirmzeilen versehen, gespeichert und geladen sowie vierfarbig ber einen Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600) oder Plotter (HP 7475 A) ausgegeben werden.






EKG und PKG
Othmar Fischer  und  Markus Seidl

Der Arzt leitet die Herz-Aktionspotentiale (EKG = Elektrokardiographie) oder die Gehirn-Aktionspotentiale (EEG = Elektroencephalographie) am menschlichen Krper mittels Elektroden (vorwiegend Sinter- Elektroden aus Ag-AgCl) ab; diese Signale werden zuerst analog aufbereitet und dann zwecks Diagnose oder bei der Intensiv-berwachung des Patienten in Abhngigkeit der Zeit grafisch dargestellt.


Fr die Diagnose sind folgende EKG-Ableitungen gebruchlich:


1.	Bipolare Extremittenableitung nach Einthoven: 	I, II, III

2.	Unipolare Extremittenableitung nach Goldberger: 	aVR, aVL, aVF

3.	Unipolare Brustwandableitung nach Wilson: 	
	V , V , V , V , V , V 
	 1   2   3   4   5   6
	
4.	Bipolare Dreieckableitung nach Nehb: 	D, A, J


Zur Patienten-berwachung bei Operationen oder in Intensiv-Stationen kommt die Standard-Ableitung, die Marriott-Ableitung oder die kontinuierliche Brustwandableitung zum Einsatz.


Die EEG-Signale werden mit 12 Elektroden an der Kopfhaut abgeleitet und nach frequenzselektiver Verstrkung zeitabhngig aufgezeichnet. Das Elektroecephalogramm spiegelt nur physiologische Vorgnge wider und lt keinerlei Schlsse auf irgendwelche Gedankeninhalte zu.


Ein wesentliches Problem beim Ableiten von Krperpotentialen stellen die Elektroden dar. Beim bergang von der im menschlichen Krper vorhandenen Ionenleitung zur Elektronenleitung in der metallischen Elektrode entsteht eine galvanische Spannung (Polarisation), die in Abhngigkeit des Elektrodenmaterials und des Elektrolyten die Grenordnung von 300mV erreicht und starken zeitlichen nderungen, ausgelst vom momentanen Zustand des Patienten, unterliegt. Dem gegenber nehmen die EEG-Signale Werte zwischen 10mV bis 100mV und die an den Extremitten abgeleiteten EKG-Signale Werte bis zu 1mV an. Damit ist auch das Grundproblem der analogen Signalaufbereitung abgeleiteter Krper-Aktionspotentiale aufgezeigt: Das kleine Nutzsignal mu von dem um einige Zehnerpotenzen greren Strsignal abgetrennt und mindestens eintausendfach verstrkt werden, damit das ungestrte Signal mit einem Streifenschreiber registriert oder von einem Personalcomputer verarbeitet werden kann.


Eine EDV-mige Weiterverarbeitung abgeleiteter und analog aufbereiteter Krper-Aktionspotentiale erfordert mittelgroe Digital- Computer und umfangreiche Programme, um nach einer Analog-Digital- Umsetzung der Signale rechnerisch die Basislinienschwankungen zu eliminieren, eine Mustererkennung, Rhythmus- und Formanalyse sowie eine Klassifizierung mit Vermessung durchzufhren und daraus eine Bewertung nach medizinischen Kriterien vorzunehmen. Auerdem soll der Computer bei der Intensiv-berwachung einen Grenzwert- oder Trendalarm auslsen, wenn die vom Arzt fr den betreffenden Patienten festgelegten Grenzwerte ber- oder unterschritten werden oder sich eine zu rasche nderung der Normalwerte anbahnt.


Der Arzt bezeichnet auftretende Strsignale als Artefakte; diese knnen patienten- oder applikationsbedingt oder vom Gert oder der Umwelt verursacht sein.


Mit der normalen Herzttigkeit entsteht der erste und der zweite Herzton. Herzgerusche und Extratne werden durch angeborene oder erworbene Herzfehler verursacht und haben eine pathologische Bedeutung. Der Herzschall wird an der Brustwand mit einem Krperschall-Mikrofon (elektronisches Stethoskop) erfat und in ein elektrisches Signal umgesetzt, das nach frequenzselektiver Verstrkung hrbar gemacht oder zusammen mit dem EKG aufgezeichnet wird.


Der Ausgang des EKG- und PKG-Verstrkers ist mit je einem Analog- Eingangskanal (0 bis 7) der Mewert-Erfassungskarte im Personalcomputer zu verbinden; die grundstzliche Meanordnung veranschaulicht das Bild 1 und das Bild 2 gibt ein mit der gegenstndlichen Software dargestelltes EKG (Einthoven I) und zugehriges PKG wieder.


ElektrodenĿ             Ŀ   Ĵ  EKG-Verstrker  >Ĵ       Tastatur                                   DASH  EGA-Bildschirm                                                       IBM-kompatibler AT Mikrofon  Ŀ              16 F  Drucker               Ĵ  PKG-Verstrker  <Ĵ       Plotter                                   
Bild 1: Meanordnung zum Aufnehmen des EKG und PKG


























Bild 2: EKG (Einthoven I) mit PKG, vom Personalcomputer erfat




Diese Messungen werden neben Me-Aufgaben am EKG- und PKG-Verstrker im Rahmen einer Labor-bung am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik, Ausbildungszweig Biomedizinische Technik, durchgefhrt und vermitteln einen grundstzlichen Einblick in das Ableiten, metechnische Erfassen und analoge Aufbereiten von Krper-Aktionspotentialen, auch im Hinblick auf den Einsatz eines Personalcomputers.




 
Software 



Die Software "EKG und PKG" verlangt einen IBM-AT-kompatiblen Personalcomputer mit EGA-Bildschirm, das Betriebssystem DOS3.3 und die Mewert-Erfassungskarte DASH16F (MetraByte, Keithley), eingestellt auf 8Differenz-Eingangskanle fr eine Eingangsspannung von 10V.


Das Programm nimmt die an den Analog-Eingangskanlen anliegenden Mewerte periodisch auf, stellt sie in Abhngigkeit der gewnschten Mezeit am Bildschirm grafisch dar und ermglicht das Speichern und Laden gegenstndlicher Dateien, die mit einem Text (bis 20, Bildschirm-Zeilen) versehen, gedruckt oder geplottet werden knnen.


Nach dem Programmlogo erscheint die Hauptmenueleiste, aus der eine Hilfe in Anspruch genommen, das System konfiguriert und zur Messung bergegangen werden kann. Die Menuestruktur zeigt das Bild 3.



Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig.Messung                              Quit   
Untermenue "Messung"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden                Text  Ausgabe  Quit   
Bild 3: Menuestruktur der Software "EKG und PKG
COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT	Nuklearmetechnik
Nuklearmetechnik	COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT
Messen der Dosisleistung

Othmar Fischer und Markus Seidl





Die Software "Dosisleistungsmessung" ergnzt mit dem bereits vorgestellten Programm "Vielkanal-Impulsanalysator" den Labor-Unterricht aus Nuklear-Elektronik am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik, Ausbildungszweig Biomedizinische Technik; dabei sollen die ersten Erfahrungen im Umgang mit Dosisleistungsmesser und Geiger-Mller- Zhler vermittelt und die elektronische Arbeitsweise dieser Gerte, auch unter Einsatz eines Personalcomputers, veranschaulicht werden.


Neben der erforderlichen Hardware - Dosisleistungsmesser - setzt das Programm einen IBM-kompatiblen AT-Personalcomputer mit EGA-Bildschirm, das Betriebssystem DOS 3.3 und die Mewert-Erfassungskarte DASH-16F (MetraByte, Keithley), eingestellt auf 8 Differenz- Eingangskanle fr eine Eingangsspannung von 10V, voraus.


Der Analog-Ausgang des Dosisleistungsmessers ist mit einem Analog-Eingangskanal (0 bis 7) der Mewert-Erfassungskarte zu verbinden; diese Meanordnung veranschaulicht das Bild 1. Der belegte Meeingang ist bei der Programm-Konfiguration anzugeben.




                                Ŀ                                                          Geiger-Mller                          Tastatur           Zhlrohr    Ŀ                            Ŀ   Impulsformer            EGA-Bildschirm            Ĵ                                                  F V C       Ĵ DASH  IBM-kompatibler AT      Ĵ                                                           + 600 V         16 F  Drucker                                                               Dosisleistungsmesser        Plotter                                                                                                      
Bild 2: Meanordnung "Dosisleistungsmessung"


Der Dosisleistungsmesser besteht aus einem Impulsformer, einem Frequenz-Spannungs-Konverter (FVC) mit der erforderlichen Skalierung sowie einem Hochspannungserzeuger (+600 V) und bietet als Auslse-Strahlungsdetektor das dnnwandige Mantelzhlrohr ZP1330 oder das Fensterzhlrohr ZP1410 an. Die getroffene Wahl ist in die Programm-Konfiguration einzufgen, damit die Dosisleistung richtig berechnet wird. Aufgrund der hardwaremig festgelegten Skalierung 20s1+10,0V ergibt sich folgende Zuordnung fr den gewhlten Mebereich von 2,00mGy/h:

 
Mantelzhlrohr  ZP 1330:  13,7  s-1+6,85 V

Fensterzhlrohr ZP 1410:   7,12 s-1+3,56 V


Die gegenstndliche Software zeichnet die Dosisleistung im Mebereich 2,00mGy/h in Abhngigkeit einer whlbaren Zeit von 1, 2, 5 oder 10 Minuten auf, um einerseits die zeitliche nderung der Dosisleistung festzuhalten und andererseits beim Hinzufgen eines radioaktiven Prparates das durch die Poisson-Statistik geforderte Zeitverhalten des Dosisleistungsmessers experimentell zu ermitteln. Dabei ist zu beachten, da der Dosisleistungsmesser erst etwa eine Minute nach seinem Einschalten - Zeitkonstante t=20s zum Erfassen des Mittelwertes - gltige Mewerte liefern kann.


Das Bild 2 gibt beispielsweise die Dosisleistung der natrlichen Umgebungsstrahlung (Grenordnung: 100nGy/h) wieder, wobei zum Zeitpunkt 1 Minute ein schwach-radioaktives Prparat (60Co) in die unmittelbare Nhe des Geiger-Mller-Zhlrohres gebracht und zum Zeitpunkt 3 Minuten entfernt wurde.


Im Gegensatz zum Dosisleistungsmesser stellt ein Geiger-Mller-Zhler, der auch bei dieser Labor-bung zur Verfgung steht, nur die Anzahl der Impulse fest, aus der unter Bercksichtigung der Mezeit die Zhlrate ermittelt werden kann; diese lt Rckschlsse auf die vorliegende Aktivitt zu oder liefert bei bekannten Eigenschaften des verwendeten Geiger-Mller-Zhlrohres die Dosisleistung.




























Bild 2: Zeitlicher Verlauf der Dosisleistung (Beispiel)






Software
Die Software "Dosisleistungsmessung" ist durch ihre Menuestruktur benutzerfreundlich aufgebaut. Das Bild 3 veranschaulicht das Hauptmenue und das Untermenue "Messung".




Hauptmenue
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ Ŀ Hilfe Konfig.Messung                              Quit   
Untermenue "Messung"
   F1      F2      F3      F4      F5      F6      F7        ESCĿ ĿMessen Speich. Laden                Text  Ausgabe  Quit   
Bild 3: Menueaufbau der Software "Dosisleistungsmessung"




Nach dem Programmstart erscheint das Hauptmenue, das eine Hilfe anbietet, das Konfigurieren der Meumgebung erlaubt und in das Untermenue "Messung" fhrt.


Die aufgenommenen Diagramme knnen mit einem erklrenden Text bis zu 20 Bildschirm-Zeilen versehen, als Datei abgespeichert, geladen und vierfarbig auf einem Farb-Matrix-Drucker (Fujitsu DL 2600) oder Plotter (HP 7475 A) ausgegeben werden, wobei das Datum und die Uhrzeit beim Start der Messung, vom Benutzer unbeeinflut, festgehalten wird.



Vielkanal - Impulsanalysator
Othmar Fischer und Markus Seidl
Diese mengefhrte Software nimmt das Amplituden- oder Zeitspektrum nuklearer Ereignisse in Echtzeitverarbeitung auf, wertet die Messung nach ihrer Beendigung aus und liefert eine Dokumentation. Dazu sind folgende Voraussetzungen erforderlich:
1.	Auf 100ms amplitudentreu und erholzeitlos verlngerten Maximalwert (bis +10 V) von Proportionaldetektor-Impulsen zur Aufnahme des Amplitudenspektrums oder auf 100 ms digital und erholzeitlos verlngerte TTL-kompatible Impulse eines Proportional- oder Auslse-Detektors zum Aufnehmen des Zeitspektrums.
2.	ADC-Karte DASH-16F (MetraByte), eingestellt auf 8 Differenz-Eingnge fr +/-10V Eingangsspannung.
3.	IBM-AT-kompatibler Personalcomputer mit EGA-Bildschirm und DOS 3.3 sowie Plotter (HP 7475 A) oder Farb-Matrixdrucker (Fujitsu DL 2600) bzw. 24-Nadel-Matrixdrucker. 
Der Analog-Eingangskanal (CH0 bis CH7) ist ber das Programm whlbar. Das Auslsen (Triggerung) eines Analyse-Vorganges erfolgt digital (IP3) und reagiert auf die steigende Flanke des aus dem Detektor-Impuls gewonnenen TTL-kompatiblen Gate-Impulses (Bild 2). 
Jeder der 256 amplituden- bzw. zeitlinearen Analysator-Kanle kann bis zu 255 Ereignisse erfassen. Die Amplituden-Kanle stellen ein ganzzahliges Vielfaches von 19,5 mV und die Zeit-Kanle ein solches von 100 ms, 10 ms oder 1 ms dar. Die Messung wird nach Erreichen einer Impuls-Summe (bis 10.000) oder gem festgelegter Mezeit (1 bis 10 Minuten) beendet oder bei berlauf eines Me-Kanals abgebrochen und die korrigierte Zhlrate mit ihrer Toleranz berechnet. 
Aufgenommene Spektren knnen nach der Messung als Dateien gespeichert, vierfarbig geplottet, ausgedruckt oder mit einem xt- oder xy-Schreiber aufgezeichnet und die zugehrigen Kanal-Inhalte in Form zweier (16x16)-Matrizen zahlenmig ausgegeben werden. Der Unterschied zweier gespeicherter Spektren lt sich ermitteln, nach den erwhnten Gesichtspunkten auswerten und darstellen. 
Nukleare Ereignisse treffen gem einer Poisson-Statistik zeitlich verteilt ein. Die Detektor-Impulse weisen eine charakteristische Kurvenform auf und mssen analog und digital so aufbereitet werden, damit sie eine Mewert-Erfassungskarte eines Personalcomputers ansteuern knnen. Das Bild 1 zeigt die grundstzliche Anordnung des Mesystems zur Aufnahme des Amplituden- und Zeitspektrums nuklearer Ereignisse mit dem Programm "Vielkanal-Impulsanalysator". 

                   Ŀ start  Ŀ               >ĴZhler <<Ĵ                                             stop          Tastatur           Ŀ                                                                 Ŀ Gate          EGA-Bildschirm               >ĴSignal->Ĵ                                           formung>Ĵ DASH  IBM-kompatibler AT         Ampl.                            Foto-                                16 F  Drucker            multiplier   Ŀ DAC1                                           xt- od. xy- <Ĵ       Plotter                           Schreiber  <Ĵ                                        DAC2   
Bild 1: Mesystem zum Erfassen nuklearer Ereignisse

Mit einem Ereigniszhler, der vom Computer mit TTL-kompatiblen Signalen zu Beginn der Mezeit gestartet und am Ende der Mezeit gestoppt wird, lt sich ein durch das Programm verursachter Zhlverlust berprfen. Die Totzeit der Hardware ist derart auf einen konstanten Wert festzulegen, so da der Computer seine Ttigkeit beendet hat, bevor das nchste Zhlereignis eintritt: Totzeit 1. Art. 
Diese Software dient am TGM, Hhere Abteilung fr Elektronik, Ausbildungszweig Biomedizinische Technik, zur Untersttzung des LaborUnterrichts aus Nuklear-Elektronik und soll den Schlern folgende Lehrinhalte vermitteln:
1.	Umgang mit Strahlungsdetektoren (Szintillationsdetektor und Geiger-Mller-Zhlrohre)
2.	Analoge und digitale Aufbereitung von Detektor-Impulsen
3.	Mewert-Erfassung und Echtzeit-Verarbeitung mit dem PC: Steuern des ADC, der Zhler und der DACs
Amplitudenspektrum
Amplituden-Spektren knnen nur mit einem Proportional-Detektor erfat werden. Ein in einem Szintillationskristall, beispielsweise NaJ(Tl), eintreffendes nukleares Ereignis erzeugt einen kurzzeitigen (ca. 100 ns) Lichtblitz, dessen Intensitt der Energie des auslsenden Teilchens proportional ist. Ein mit dem Szintillationskristall optisch gekoppelter Fotomultiplier (Sekundrelektronenvervielfacher) setzt den Lichtblitz in einen entsprechenden elektrischen Strom um, den ein Widerstand in eine elektrische Spannung berfhrt. Diese Spannung hat nach ausreichender Verstrkung eine charakteristische Kurvenform (Bild 2), dessen Peak der Energie des ihn verursachenden Teilchens proportional ist.

Bild 2: Impuls-Diagramm zur Aufnahme des Amplitudenspektrums
Eine Triggerschaltung stellt das Auftreten eines Detektor-Impulses fest, aktiviert den analog arbeitenden Peak-Detektor, der beim Erreichen des Peaks ein digitales Signal abgibt, das eine T/H-Schaltung auf "Hold" schaltet, das Eingangs-Gate sperrt und den erholzeitlosen Totzeit-Generator startet, der nach Ablauf der festgelegten Totzeit den Peak-Detektor deaktiviert, das Eingangs-Gate ffnet und die T/H-Schaltung auf "Track" legt. Der Peak wird zeitlich so lange (100ms) konstant gehalten, damit der Personalcomputer die Signal-Verarbeitung vornehmen und beenden kann, bevor das nchste Zhlereignis eintritt; dies sichert eine konstante, von der Arbeitsweise des Computers unbeeinflute, Totzeit des Mesystems. 
Die ansteigende Flanke des TTL-kompatiblen Gate-Impulses lst die Signal-Verarbeitung durch den Personalcomputer aus. Die am vorher gewhlten Mekanal anliegende und konstant gehaltene Spannung wird digitalisiert, dieser Wert als Adresse eines Speichers verwendet und unter dieser Adresse der Wert 1 addiert. 
Nach dem Skalieren der Meanordnung lt das Amplitudenspektrum Rckschlsse auf die Art und Aktivitt des vorliegenden Nuklids zu. 
Zeitspektrum 
Das Zeitspektrum kann sowohl mit einem Proportional-Detektor als auch mit einen Auslse-Detektor (Geiger-Mller-Zhlrohr) aufgenommen werden und setzt nur das Umformen der Detektor-Impulse in erholzeitlose TTL-kompatible Impulse konstanter Dauer (100ms) voraus, innerhalb der der Personalcomputer die Signal-Verarbeitung durchfhren kann, ohne dadurch die Totzeit des Systems zu beeinflussen (Totzeit 1.Art). 
Ein eintreffender TTL-kompatibler Gate-Impuls stoppt die auf der Mewert-Erfassungskarte befindlichen Zeitzhler; der Computer liest ihren Inhalt aus, setzt die Zhler zurck und startet sie. Der so ermittelte Zeitwert zwischen zwei Zhlereignissen liefert die Adresse eines Speichers, dem der Wert 1 hinzugefgt wird. 
Das Zeitspektrum dient nur dem experimentellen Verifizieren der Poisson-Statistik, der nukleare Ereignisse unterliegen.
Software 
Das Programm "Vielkanal-Impulsanalysator" enthlt die Module MENUE, HILFE, KONFIG, MESSEN, DATEI, MATRIX und AUSGABE, die kurz vorgestellt werden. 
Das Programm startet mit dem Programmlogo und der Hauptmenleiste. Die Untermens "Hilfe", "Konfig" und "Messen" werden in den gleichnamigen Moduln realisiert und vom Hauptprogramm importiert. 
Das Modul MENUE stellt die Funktionen zur Darstellung des Mens in Form einer Menleiste und einer Menzeile zur Verfgung. 
Das Modul HILFE gibt Hinweise fr den Benutzer am Bildschirm aus, die grundstzliche Informationen und die Hardware-Konfiguration zum Aufnehmen des Amplituden- und Zeitspektrums enthalten. 
Das Modul KONFIG installiert eine Standard-Konfiguration der Meumgebung und erlaubt das ndern einer bestehenden Konfiguration. 
Das Modul MESSEN fhrt die Aufnahme des Spektrums durch und bearbeitet die Meergebnisse. 
Das Modul DATEI generiert Dateien auf der Festplatte und erlaubt das Zugreifen auf gespeicherte Dateien. 
Das Modul MATRIX gibt die Kanal-Inhalte in Matrixform am Bildschirm aus und importiert das Modul AUSGABE. 
Das Modul AUSGABE gestattet das Drucken oder Plotten von Spektren und das Drucken der Matrizen ber die Standardschnittstelle. 
Meergebnisse 
Das Bild 3 zeigt das Amplituden- und das Bild 4 das Zeitspektrum der natrlichen Umgebungsstrahlung, beide mit dem Matrix-Drucker Fujitsu DL2600 vierfarbig ausgedruckt. Das Bild 5 stellt die beiden Matrizen des im Bild 3 wiedergegebenen Amplitudenspektrums dar. 
Die .EXE-Datei umfat ca. 60 KB und kann mit einem gespeicherten Amplituden- und Zeitspektrum ber den PCC-TGM bezogen werden.
__________________Anm.d.Red.: Als zustzliche Hintergrundinformation zu dieser Memethode finden Sie im Anhang eine Darstellung der Problematik rund um die NUKLEAR-ENERGIE.
COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT	Anhang
Anhang	COMPUTERUNTERSTTZTER UNTERRICHT
NUKLEAR-ENERGIE eine irreversible Zerstrung
O. Fischer, TGM/NT
Die Nuklear-Energie wurde als die grte naturwissenschaftliche Errungenschaft menschlichen Geistes verherrlicht und als eine unverzichtbare Notwendigkeit fr das wirtschaftliche Wohlergehen der Menschheit auf Erden angepriesen...
Tschernobyl hat die einzige richtige Konsequenz deutlich gemacht: im Interesse der Menschheit, auch knftiger Generationen, gibt nur der restlose Verzicht auf die Nuklear-Energie Sicherheit vor weltweiten Katastrophen. 
Es gibt etwa 1300 radioaktive Nuklide, davon kommen ungefhr 60 in der Natur vor, alle anderen entstehen knstlich im Kernreaktor. Radioaktive Nuklide enthalten gegenber der Protonenzahl zu viel oder zu wenig Neutronen im Atomkern, um stabil zu sein. 
Beim radioaktiven Zerfall wird entweder ein Helium-Kern - a-Teilchen, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen - ausgestoen, oder ein Neutron verwandelt sich im Atomkern in ein Proton und ein Elektron; letzteres wird, da es kein Kernbauteil ist, hinausgeschleudert: b-Strahlung. Der Atomkern erreicht durch den a- und b-Zerfall nicht seine Minimal-Energie und emittiert die berschssige Energie entweder auf einmal oder in mehreren kleineren Portionen als g-Strahlung. 
Den radioaktiven Zerfall kann man durch uere Einwirkungen nicht beeinflussen; man kann ihn weder auslsen noch beschleunigen, weder verzgern noch verhindern. 
a- und b-Teilchen hinterlassen beim Durchqueren von Materie durch direkte Ionisation eine Spur von Elektronen und positiven Ionen. Allgemein ionisiert ein geladenes Teilchen auf einer bestimmten Wegstrecke um so mehr Atome, je grer seine Ladung und je langsamer seine Geschwindigkeit ist; dadurch ist die Ionisierungsdichte am Ende seiner Bahn am grten. 
Nuklide mit groer Kernladungszahl zeigen auer dem radioaktiven Zerfall noch eine spontane Kernspaltung; dabei zerbricht der Kern meistens in zwei Teile und emittiert zwei bis drei Neutronen. Die Wahrscheinlichkeit der spontanen Kernspaltung gegenber dem radioaktiven Zerfall ist mit Ausnahme der Transurane extrem gering (bei 235U betrgt der Bruchteil der je Jahr radioaktiv zerfallenden Atomkerne 9,8.1010, der spontan spaltenden nur 3,7.1018). 
Die Energie ionisierender Strahlung wird in "Elektronenvolt" angegeben; 1 eV ist diejenige Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen einer Spannung von 1 V aufnimmt: 1eV = 1,602.10-19 Ws. Vielfache und Teile physikalischer Gren sind beispielsweise: M (Mega) = 106, k (Kilo) = 103, m (Milli) = 10-3,  (Mikro) = 10-6, n (Nano) = 10-9 und p (Pico) = 10-12. 
Das Anregen eines Atoms bentigt die geringste Energie; dabei wird einem Elektron der uersten Schale Energie zugefhrt, die nicht ausreicht, um das Elektron aus dem Atomverband abzutrennen. 
Die Dissoziation - Auftrennen der Bindung zwischen zwei Atomen eines Molekls - und folgedessen das Auslsen chemischer Reaktionen erfordert eine Energie von 0,06eV bis 11eV. 
Das Ionisieren eines Gas-Atoms - Abtrennen eines Elektrons der uersten Schale - bedingt eine Energie von 3,9 eV bis 24,6 eV; hingegen verlangt das Losreien eines innersten Elektrons aus dem Atomverband eine Energie bis zu 140 keV. 
Beispielsweise hat eine Mikrowellenstrahlung mit 1 cm Wellenlnge eine Energie von 124.106 eV und kann daher nicht ionisieren (allerdings wird behauptet, da Mikrowellen die Bindungen von Aminosuren verndern). 
Sichtbares Licht mit einer Wellenlnge von 700 nm bis 300 nm weist eine Energie von 1,6 eV bis 3,45 eV auf; es kann anregen und chemische Prozesse an der Oberflche fester Krper auslsen, nicht aber ionisieren - hingegen ionisiert ultraviolettes Licht! Zum Beispiel bentigt man eine Energie von 7eV, um das Sauerstoff-Molekl O2 in in zwei Sauerstoffatome O aufzuspalten; das dadurch gebildete Ozon O3 absorbiert alles ultraviolette Licht ber 4,3 eV (ultraviolettes Licht ber 3,9 eV verursacht eine Rtung der Haut). 
Strahlen bis etwa 100 eV besitzen praktisch keine Durchdringungsfhigkeit, da sie an der Oberflche von flssigen und festen Stoffen absorbiert werden; allerdings knnen auch diese Strahlen fr den Menschen schdlich sein. Von Strahlen mit einer Energie im keV- oder MeV-Bereich, wie sie a, b-, g- und n-Strahlen aufweisen, sind verheerende Wirkungen auf den Menschen zu erwarten. 
Um einem Atom "Luft" ein Elektron abzutrennen, ist eine b-Energie von 34eV oder eine a-Energie von 35,3eV erforderlich; dann kann beispielsweise eine Energie von 1 MeV rund 30.000 Elektronen in Luft oder 26.600 Elektronen in Wasser (entspricht etwa lebendem Gewebe) freisetzen. 
Die Halbwertszeit der in einem Kernreaktor entstehenden radioaktiven Stoffe liegt im Bereich von 0,3 Millisekunden bis 109 Jahren (z.B.: Plutonium ist ein a-Strahler mit 24.360 Jahren Halbwertszeit und sendet a-Teilchen einer Energie von 4,9 MeV bis 5,15 MeV aus). 
Die physikalische und die biologische Halbwertszeit (natrliche Stoffwechsel- und Ausscheidungsvorgnge) bestimmen die effektive Halbwertszeit eines inkorporierten radioaktiven Nuklids, die krzer als die physikalische Halbwertszeit ist. 
a-Strahlung 
Der a-Zerfall tritt erst bei mittelschweren Kernen ab einer Massezahl von 142 auf, vorwiegend aber bei schweren Kernen ab einer Massezahl von 200. Ein a-Teilchen (He-Kern), bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen, stellt die stabilste Kernkonfiguration dar. 
Die kinetische Energie der a-Teilchen liegt zwischen 1,9 MeV und 9,2MeV; das entspricht in Luft einer Anfangsgeschwindigkeit von 9.600 km/s bis 21.000 km/s und einer Reichweite von 1 cm bis 9 cm. a-Teilchen hinterlassen in Luft eine geradlinige Spur ionisierter Molekle. In Wasser und lebendem Gewebe erreichen a-Teilchen eine Eindringtiefe von ungefhr 10 mm. Der groen Masse wegen ist ein a-Teilchen bei gleicher kinetischer Energie wesentlich langsamer als ein b-Teilchen. 
a-Teilchen bis 7,5 MeV durchdringen nicht einmal die Hornschicht der menschlichen Haut; auerdem ist ihre Abschirmung kein Problem - ein Blatt Papier dicker als 50mm gengt. Hingegen sind inkorporierte a-Strahler besonders gefhrlich, da sie auf kleinstem Raum extrem intensiv wirken. Daher beschrnkt sich der Strahlenschutz gegen a-Strahlung auf das Verhindern der Inkorporation a-strahlender Substanzen. 
b-Strahlung 
Im Gegensatz zum a-Zerfall tritt der viel hufiger vorkommende b-Zerfall bei allen Massezahlen auf. 
Die kinetische Energie von b-Teilchen liegt zwischen 2 keV und 16,6 MeV; das entspricht einer Reichweite von 0,1 mm bis 70 m in Luft und bis 9 cm in Wasser oder lebendem Gewebe. b-Teilchen erreichen eine Geschwindigkeit bis 299.659 km/s oder 99,955 % der Lichtgeschwindigkeit. 
b-Teilchen sind bei gleicher kinetischer Energie aufgrund ihrer wesentlich geringeren Masse viel schneller als a-Teilchen und haben eine 100- bis 1.000-mal grere Reichweite. b-Teilchen legen im lebenden Krpergewebe nur einige Millimeter zurck und knnen gefhrliche Hautverbrennungen verursachen. 
Ein einige Zentimeter dickes Absorptionsmaterial bietet ausreichenden Schutz gegen b-Strahlung, nicht aber gegen die infolge b-Absorption ausgelste g-Strahlung (Bremsstrahlung). Eine b-Abschirmung besteht daher aus einem Material mglichst niedriger Ordnungszahl (z.B. Plexiglas), das der b-Strahlungsquelle zugewandt ist, und aus einer folgenden Materialschicht mit mglichst groer Ordnungszahl (z.B. Blei), um die bei der b-Absorption entstehende g-Strahlung abzuschirmen. 
g-Strahlung 
Die g-Strahlung tritt als Begleiterscheinung der a- und b-Strahlung auf, denn der Atomkern gibt nach einem a- oder b-Zerfall berschssige Energie entweder auf einmal oder in mehreren kleineren Portionen als g-Strahlung ab. 
a- und b-Strahlung kann durch eine geeignete Abschirmung vllig absorbiert werden, nicht aber g-Strahlung, die man nur abschwchen kann. g-Strahlen knnen weit in das Krperinnere eindringen; darin besteht ihre groe Gefahr! 
Als Abschirmmaterial fr g-Strahlung kommen nur Stoffe mit groer Ordnungszahl (z.B. Blei, aber auch Stahl und Beton mit Zustzen) in Frage; beispielsweise betrgt die Zehntelwertdicke bei Blei 3 cm fr eine g-Strahlung von 1 MeV. 
n-Strahlung 
Die Neutronenstrahlung kommt in der Natur kaum vor, sondern entsteht im Kernreaktor bei der Kernspaltung von Uran 235 oder Plutonium 239 und lst weitere Kernreaktionen - Kettenreaktion - aus. 
Freie Neutronen sind instabil und zerfallen mit einer Halbwertszeit von ungefhr einer Viertelstunde in Protonen und Elektronen. 
Neutronen haben als ungeladene Teilchen eine groe Reichweite und Durchdringungsfhigkeit; sie treten nur mit dem Atomkern in Wechselwirkung. 
Langsame - thermische - Neutronen mit einer Energie von 1 eV erreichen in Luft eine Geschwindigkeit von 13,8 km/s und schnelle Neutronen mit einer Energie von 0,1 MeV eine solche von 4.370 km/s. 
Schnelle Neutronen geben einen Teil ihrer kinetischen Energie an den Kern ab, wobei der in Schwingungen versetzte Atomkern stark ionisierend wirkt (indirekte Ionisation). Thermische Neutronen werden vom Atomkern eingefangen, der daraufhin entweder ein a- oder ein b-Teilchen und g-Quanten mit einigen MeV Energie emittiert. 
Fngt ein 235U-, 238U- oder ein 239Pu-Atom ein Neutron ein, so bricht der Kern unter Energieabgabe auseinander; dieser Proze bildet die Grundlage der militrischen und friedlichen Nutzung der Atomenergie. 
Geeignete Abschirmmaterialien gegen Neutronenstrahlung sind Wasser und Beton. 
Physikalische Einheiten 
Das Becquerel (Bq) ist die Einheit der Aktivitt und bedeutet einen radioaktiven Zerfall pro Sekunde. Frher wurde in Anlehnung an die Aktivitt von 1 g Radium das Curie (Ci) definiert: 1 Ci entspricht 3,7.1010 Zerfllen je Sekunde; beispielsweise ist 1 nCi = 37 Bq. 
Ein Gray (Gy) als die Einheit der Energie-Dosis liegt vor, wenn die ionisierende Strahlung einer Stoffmenge von 1 kg eine Energie von 1Ws zufhrt. Frher war die Einheit rad (radiation absorbed dose) in Gebrauch; es gilt: 100 rad = 1 Gy. 
Das Sievert (Sv) stellt die Einheit der quivalenz-Dosis dar; diese erhlt man durch Multiplizieren der Energie-Dosis mit einem Bewertungsfaktor, der die Wirkung unterschiedlicher Strahlung auf verschiedenes biologisches Gewebe bercksichtigt; aufgrund der frheren Einheit rem (radiation equivalent man) gilt: 100 rem = 1 Sv. 
Vorgnge im Kernreaktor 
Ein thermisches Neutron lagert sich einem Uran-Kern an, der meistens in zwei, selten in drei (Wahrscheinlichkeit 0,22 %), Teile zerbricht; das ist der Energie liefernde Proze der Kernspaltung.
Ein Atomkraftwerk ist selbstverstndlich keine Atombombe, es arbeitet nur nach demselben physikalischen Prinzip (Energiefreisetzung durch Kernspaltung) und explodiert auch nicht wie eine Atombombe, sondern viel langsamer ...
Um eine Energie von 1 Ws freizusetzen, sind 3,1.1010 Kernspaltungen erforderlich. Die Spaltproduktaktivitt je Ws Reaktorenergie ist etwa achtmal so gro, denn fr jedes der zwei Kernbruchstcke sind durchschnittlich vier weitere radioaktive Zerflle notwendig, damit ein stabiler Kern entsteht; somit mssen je Watt Reaktorleistung ungefhr 25.1010 Atome je Sekunde zerfallen. Eine Reaktorleistung von 1 W bedingt daher eine Aktivitt von etwa 7 Ci. 
Ein oder mehrere Neutronen knnen sich an ein Uran-Atom anlagern, ohne es zu spalten; diese Neutronen wandeln sich im Kern in Protonen und Elektronen um: Transurane (alle radioaktiv). Dieser Vorgang ist grundstzlich mit allen Baumaterialien eines Kernreaktors mglich; deshalb strahlt ein stillgelegter Kernreaktor radioaktiv. 
Der Kernbrennstoff Urandioxid befindet sich in Tablettenform in einem gas- und wasserdichten sowie korrosions- und temperaturbestndigen Hllrohr aus Zircaloy (Wanddicke 0,8 mm). Kleine Undichtheiten und andere Schden an den Brennelementen lassen sich nicht ganz vermeiden, so da hochaktive Spaltprodukte in geringen Mengen in das Khlwasser und die Luft gelangen, als Aerosole in die Lungenblschen des Menschen vordringen und dort das Gewebe durch Dauerbestrahlung schdigen. 
Ungebrauchte Brennstbe sind nur schwach radioaktiv; hingegen gibt es fr einen Menschen, der aus einer Entfernung von 1 m eine Sekunde lang von einem dem Reaktor entnommenen Brennstab bestrahlt wird, keine rztliche Hilfe mehr. 
Die Nachwrmeleistung von Brennstben kurz nach dem Abschalten des Kernreaktors betrgt 7 % der Reaktorleistung. Kernbrennstbe drfen in ihrem Inneren hchstens eine Temperatur von 420 C erreichen (bei 800 C reien sie auf) und mssen unter allen Umstnden auf diese Temperatur gekhlt werden. 
Nach drei bis vier Jahren Betrieb mu der Brennstab ausgetauscht werden und vor der Aufbereitung ein Jahr oder lnger in einem wassergefllten und gekhlten Abklingbecken lagern, bis seine Radioaktivitt unter einen transportfhigen Wert abgesunken ist. Abgebrannte Brennstbe enthalten ein Jahr nach der Entladung 95,4 % Rest-Uran, 3,62 % Spaltprodukte, 0,91 % Plutonium und 0,07 % andere Transurane. 10 t Kernbrennstoff liefern etwa 1 m3 mit Zement, Keramik oder Glas verfestigten hochradioaktiven Abfall, der mindestens whrend 100.000 Jahren immobil deponiert werden mu. 
Die sichere Endlagerung des hochradioaktiven Abfalls aus den aufbereiteten Kernbrennstben ist weltweit bis heute nicht zufriedenstellend gelst; vorgeschlagen wird Versenken in das Meer, Lagern in Wstengebieten oder Steinsalzbergwerken oder Einbetonieren in Felsen oberhalb des Grundwasserspiegels. 
In der ffentlichkeit wurde bisher jede Diskussion peinlichst vermieden, was mit auer Betrieb genommenen Reaktoren geschehen soll, da diese Ruinen jedem Menschen, der sie nach tausenden Jahren betritt, den sicheren Tod bringen. 
Trotzdem werden die Atomkraftwerke weiter betrieben und sogar neue geplant oder gebaut. 
Biologische Wirkungen ionisierender Strahlung 
Die natrliche Radioaktivitt ist zur Erhaltung des Lebens auf der Erde notwendig; aber jede darber hinaus gehende Strahlenbelastung wirkt genetisch oder somatisch schdigend. 
Durch Ionisation oder Anregung werden die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen eines Molekls verndert; dazu ist eine Energie von hchstens 10 eV bis 15 eV notwendig. 
Die Anregung oder Ionisierung aktiviert die Molekle, es kommt zu Instabilitten im Moleklaufbau, zum Zerfall des Molekls, zum inneren Umbau durch Umlagerung von Atomen oder zu chemischen Reaktionen mit benachbarten Atomen oder Moleklen, denn angeregte oder ionisierte Molekle haben ihrer "ungesttigten" Bindungen wegen eine groe Reaktionsfhigkeit. Die Endprodukte aller dieser Vorgnge sind vernderte Molekle, andere Verbindungen und andere Stoffe. 
Im lebenden Gewebe werden die durch die ionisierende Strahlung ziellos und wahllos aufgebrochenen chemischen Bindungen in neuen abnormen Kombinationen wieder hergestellt. In einer lebenden Zelle, die aus Riesenmoleklen aufgebaut ist, kann das Sprengen und neues Knpfen chemischer Bindungen verheerende Folgen haben: die natrlichen Zellbausteine werden zerstrt und neuentstandene zellfremde Stoffe eingefgt, die den normalen Lebensablauf der Zelle stren, hemmen oder zum Erliegen bringen; es entstehen gebrochene, verstmmelte, falsch zusammengewachsene Chromosomen, ein Anschwellen des Zellkernes oder der ganzen Zelle, eine vernderte Zellflssigkeit oder eine vernderte Zellmembran. Die Zellschdigung kann die Zellteilung verzgern oder verhindern. Zellen im Stadium der Teilung reagieren besonders strahlenempfindlich (verheirateten Frauen wird empfohlen, sich erst nach der nchsten Regel und anschlieender ehelicher Enthaltung rntgen zu lassen); grundstzlich ist jede nicht unbedingt notwendige Rntgenuntersuchung zu vermeiden. 
Die Anregung oder Ionisation durch energiereiche Strahlung und die dadurch bedingten molekularen Vernderungen entstehen im Bruchteil einer Sekunde. Aber es kann Jahre dauern, bis der biologische Schaden sichtbar und sprbar wird; dieser Schaden betrifft dann nicht mehr eine Einzelzelle, sondern einen Zellverband, dessen biologische Aufgabe gestrt ist. Durch die zivilisationsbedingte Strahlenbelastung treten weltweit zustzlich 6,8 Millionen Krebs- und Leukmieflle auf. 
Medizinische Strahlenbelastung 
Aus Tierversuchen extrapoliert: Wenn ein Mensch zwischen dem 18. und dem 60. Lebensjahr durchschnittlich alle zwei Jahre einmal einer medizinischen Rntgenuntersuchung unterzogen wird, verdoppelt sich die Leukmie-Rate. 
Jede ber der natrlichen Strahlendosis liegende zustzliche Strahlenbelastung des Menschen wirkt kumulativ und schdigt irreversibel seine Gesundheit. Daher darf die Anwendung ionisierender Strahlung nur bei zwingenden medizinischen Grnden - und nicht leichtfertig - erfolgen. Rntgenreihenuntersuchungen sind nicht gerechtfertigt, weil keine gengend groe Wahrscheinlichkeit fr das rechtzeitige Aufdecken schwerer Krankheiten vorliegt, die bei entsprechender Behandlung geheilt werden knnen. 
Radioaktive Belastung durch Kernkraftwerke 
Kernreaktoren geben im Normalbetrieb radioaktive Edelgase (Krypton und Xenon) und berschweren Wasserstoff (Tritium) an die Umgebung ab; jedes Abschalten des Reaktors - aus Sicherheitsgrnden einige Male im Jahr erforderlich - setzt zustzlich etwa 4.500 Ci/h an radioaktivem 133Xe frei. 
Die physikalische Halbwertszeit des Krypton-Isotops 85Kr betrgt 10 Jahre und des Xenon-Isotops 133Xe 5,3 Tage. Die radioaktiven Edelgase werden zwar mit der Luft eingeatmet und zum Teil im Blut gelst, gehen aber keine chemischen Verbindungen ein und knnen daher nicht in den Stoffwechsel einbezogen werden. Radioaktive Edelgase belasten den Krper von auen etwa hundertmal mehr als von innen. 
Die radioaktiven Edelgase sind fr den "sauren" Regen mitverantwortlich, da sie die in der Atmosphre vorhandenen SO2-Molekle ionisieren und damit chemisch aktivieren.
Beim Betrieb eines Kernreaktors entsteht Tritium, ein -Strahler mit einer Energie von 0,018 MeV (Reichweite in lebendem Gewebe ca. 6mm) und 12,3 Jahren physikalischer Halbwertszeit, durch ternre Spaltung des Kernbrennstoffes sowie Kernprozesse im Strukturmaterial, Moderator und Khlmittel (je 11.000 Kernspaltungen liefern ein Tritium-Atom); dabei entspricht einem Gramm Tritium eine Aktivitt von 9.600 Ci. 
Tritium reagiert zu Wasser, so da die Luft tritiumhaltige Wassermolekle als Wasserdampf enthlt; diese werden eingeatmet, vom Krper aufgenommen und gebunden. Tritium wird zum grten Teil (99,7 %) rasch mit einer effektiven Halbwertszeit von 7 bis 12 Tagen und zum geringen Teil (0,3 %) langsam mit einer effektiven Halbwertszeit von 400 Tagen ausgeschieden; dabei entspricht die Dosis der Langzeit-Komponente ungefhr der Dosis der Kurzzeit-Komponente. Die Tritium-Konzentration in Organen ist um den Faktor 6 bis 12 mal grer als in Harnproben. 
Das Atomkraftwerk Zwentendorf 
Das Atomkraftwerk Zwentendorf, vorgesehen fr eine elektrische Netto-Leistung von 700 MW, sollte jhrlich eine Energie von 4,2.109 kWh liefern und htte dafr 25 t Kernbrennstoff erfordert, der einer Spaltproduktaktivitt von 5.109 Ci entspricht. 
Trotz Lage in einem Katastrophenbebengebiet, trotz wasserundichter Sicherheits-Betonwanne (bei Donau-Hochwasser dringt Grundwasser ein), trotz schwerer Konstruktionsfehler und veralteter Technik wird das AKW Zwentendorf als das sicherste Atomkraftwerk der Welt bezeichnet und, um es vielleicht doch noch in Betrieb nehmen zu knnen, weiterhin mit Steuergeldern konserviert. 
"Beim Schornstein in Zwentendorf kommt ja nix heraus, man kann sich ruhig oben drauf setzen - man hat ihn nur so hoch gebaut, um Arbeitspltze zu sichern."
Wiederaufbereitungsanlagen 
Fr den wirtschaftlichen Betrieb von Kernreaktoren wurden Wiederaufbereitungsanlagen vorausgesetzt. Die Anhufung der Spaltprodukte in den Brennstben reduziert die Wirksamkeit der Energie liefernden Umwandlungsreaktionen. Der Ausntzungsgrad von nur 5 % verlangt eine Wiederaufbereitung der Kernbrennstbe, in der zwar 95 % des Kernbrennstoffes, aber nur 15 % ihrer Energie, gewonnen werden. 
In Wiederaufbereitungsanlagen werden die Kernbrennstbe in siedender Salpetersure aufgelst und in Extraktionszyklen Uran und Plutonium vom hochradioaktiven Abfall getrennt; letzterer wird nach Reinigungsprozessen, Eindickungsverfahren und Verfestigung der Endlagerung zugefhrt. Fr die Trennung der verschiedenen radioaktiven Isotope ist noch kein wirtschaftliches Verfahren gefunden. 
Eine Wiederaufbereitungsanlage belastet die Umwelt mit hochradioaktiven Stoffen um das Tausendfache mehr als ein Atomkraftwerk und stt im Normalbetrieb je Jahr 4,3.106 Ci an Krypton 85 und 40.000 Ci an Tritium aus; diese hochradioaktiven Stoffe werden in der vorherrschenden Windrichtung verteilt. Im Strungsfall setzt eine Wiederaufbereitungsanlage eine vielfache Aktivitt frei. 
Die weltweite Aktivitt von 85Kr in der Luft mit 0,7 pCi/m3 im Jahr 1970 stieg durch die friedliche Nutzung der Kernenergie bis zum Jahr 1980 auf 20 pCi/m3 an. 
In der Nhe von Wiederaufbereitungsanlagen stellt man eine zehnmal so groe Hufigkeit von Kinder-Leukmie gegenber dem nationalen Durchschnitt fest. 
Durch wiederholte Strflle sind nur etwa 30 % der geplanten Auslastung einer Wiederaufbereitungsanlage mglich. 
Inzwischen hat sich herausgestellt, da eine Wiederaufbereitung den Kernbrennstoff um 1.400 % verteuert und eine direkte Endlagerung abgebrannter Kernbrennstbe die Umwelt auch nicht mehr belastet als der aus einer Aufbereitung gewonnene Atommll. 
Bestrahlte Lebensmittel 
Um den hochradioaktiven Abfall, der bei der Aufbereitung von Reaktor-Brennstben anfllt, gewinnbringend zu verwenden, bestrahlt man damit Lebensmittel, besonders Fertigprodukte, mit einer Dosis von 10 kGy, um sie ohne Zusatz chemischer Konservierungsmittel haltbar zu machen, und weicht dabei - wie beim Verwenden chemischer Zusatzstoffe - vom Prinzip der hundertprozentigen Sicherheit ab. 
Die Schdigung der Lebensmittel und die Bildung von Giftstoffen tritt viel schneller als die sterilisierende Wirkung, das Abtten der Bakterien, ein. Die Ftterung von Ratten, Musen und Hunden mit g-bestrahlten Lebensmitteln verminderte die Zahl der roten Blutkrperchen, bewirkte einen Verlust an Krpergewicht, ergab Krebsverdacht und erhhte die Sterblichkeit der Nachkommen. 
In vielen Lndern ist die Strahlenbehandlung von Lebensmitteln verboten; sie wird jedoch heimlich vorgenommen, da eine erfolgte g-Bestrahlung in den Lebensmitteln nicht nachgewiesen werden kann. 
Die EWG sieht im freien Verkehr mit g-bestrahlten Lebensmitteln das Symbol "strahlende Sonne mit Pflanze" als Kennzeichnung vor, das eher Gedanken an Alternativ-Produkte als an g-Strahlen beim Konsumenten aufkommen lt. 
Das Erbe der Kernwaffenversuche 
Durch Versuche mit thermonuklearen Waffen gelangten nicht unbedeutende Mengen radioaktiver Substanzen als feinster Staub in die oberen Schichten der Atmosphre, von wo er innerhalb 10 Jahren in tiefere Schichten sickert und vom Wind ber die ganze Erde verteilt wird. Nach vielen Jahren kommen gegenber dem natrlichen Zustand noch immer etwa 300 mal mehr Tritium aus der Stratosphre mit dem Regenwasser auf die Fluren und in das Grundwasser. 
Als Folge der Kernwaffenversuche befinden sich etwa 30 pCi an 3H, 14.000 pCi an 14C (Halbwertszeit 1,26.109 Jahre, b-Strahler mit 1,33 MeV und g-Strahler mit 1,5 MeV), 500 pCi an 90Sr (physikalische Halbwertszeit 28 Jahre, effektive Halbwertszeit ca. 10 Jahre, b-Strahler mit 540 keV) und 10.000 pCi an 137Cs (physikalische Halbwertszeit 30 Jahre, effektive Halbwertszeit 50 bis 200 Tage, g-Strahler mit 660 keV) im menschlichen Krper. 
Diese radioaktiven Nuklide ergeben eine zustzliche jhrliche Strahlenbelastung von 25 mrem; dem gegenber wird die medizinische Strahlenbelastung eines Menschen mit 100 mrem pro Jahr angefhrt. 
90Sr wird mit der Nahrung (Pflanzen, Milch, Fleisch) aufgenommen, lagert sich schnell und bevorzugt in den Knochen ab und schdigt durch Dauerbestrahlung das blutbildende rote Knochenmark. Kleinkinder sind besonders gefhrdet, denn ihre Knochen enthalten gegenber Erwachsenen des raschen Wachstums wegen bis zu zehnmal mehr 90Sr.
137Cs reichert sich in der Milch, in Fischen und Pilzen an; wegen seiner groen physikalischen und kleinen biologischen Halbwertszeit mu versucht werden, den biologischen Kreislauf durch geeignete Manahmen zu unterbrechen. 
Das bei Kernspaltungen in groen Mengen entstehende radioaktive Jod-Isotop 131J mit einer physikalischen Halbwertszeit von 17.106 Jahren reichert sich vorwiegend in der Schilddrse, in der Leber und im Magen-Darm-Trakt an und kann nach Jahren Krebs oder Leukmie hervorrufen. 
Durch Atomwaffenversuche wurden etwa 3,7 t Plutonium, entsprechend einer Aktivitt von 320.000 Ci, als Aerosole in der Atmosphre verteilt. Plutonium ist ein silbrig-weies Schwermetall, das sich als wasserlsliche Salze in den Knochen und in der Leber mit einer biologischen Halbwertszeit von 100 Jahren ablagert (1 g Plutonium gengt, um Krebs zu erregen); auerdem ist Plutonium ein chemisches Gift, das die Wirkung von Enzymen hemmt. 
Die Folgen von Tschernobyl 
Die Ereignisse in Tschernobyl bewiesen Ende April 1986, da ein Super-GAU (grter anzunehmender - nicht beherrschbarer - Unfall) keine dumme Erfindung unbelehrbarer Atomgegner ist. 
Die Katastrophe von Tschernobyl setzte etwa 3,5 % des nuklearen Materials des Kernreaktors, eine Aktivitt von ungefhr 50.106 Ci, frei; diese wurde von der herrschenden Wetterlage ber weite Teile Europas verteilt. 
In der Schweiz erhhte sich die Strahlenbelastung um 15,6 mrem und bewirkte eine 131J-Ablagerung von 40 nCi/m2 bis 190 nCi/m2; in sterreich stieg die Strahlenbelastung um 51,5 mrem an und die radioaktive Verseuchung mit 137Cs berschritt stellenweise den Wert von 100 nCi/kg Gras. 
Als Folge der Reaktorkatastrophe in Tschernobyl werden langfristig in Europa etwa 970.000 zustzliche Krebsflle, davon 720.000 Krebstote, erwartet. Der finanzielle Schaden wird allein in sterreich mit 3 bis 5 Milliarden Schilling beziffert. 
Auf die Vorwrfe des Westens reagierte die UdSSR mit der Feststellung: 151 AKW-Unflle zwischen 1971 und 1984 in 14 westlichen Lndern, 5 groe AKW-Unflle und 4.500 kleinere Strflle in den USA. 
Kernreaktoren westlicher Bauart sind viel gefhrlicher als der russische Reaktortyp in Tschernobyl; dort minderte die Isolation der einzelnen Druckrohre im Grafitblock die Katastrophe gewaltig, whrend in Reaktoren westlicher Bauart das gesamte spaltbare Material in einem einzigen Druckgef konzentriert und damit der gesamten Energie und Hitze ausgesetzt ist. Ein Super-GAU in einem westlichen Reaktor wrde so viel Plutonium freisetzen, da Europa auf lange Sicht als Todeszone nicht mehr zu betreten wre. 
Aus den Erkenntnissen von Tschernobyl erscheinen Bau und Betrieb von Atomkraftwerken und hnlichen Anlagen ethisch nicht mehr vertretbar.

Sphygmomanometrie
Othmar Fischer
Die hier dargebotenen Informationen stammen aus Gesprchen mit rzten oder wurden der medizinischen Fachliteratur entnommen, um die Problematik der invasiven und nichtinvasiven Blutdruckmessung fr den Medizin-Elektroniker aufzuzeigen.
Nur der arteriell invasiv - blutig - gemessene systolische und diastolische Blutdruck liefert medizinisch zuverlssige Werte und erlaubt eine kontinuierliche Messung. Dieses direkte und objektive Meverfahren ist fr die tgliche Praxis nicht geeignet und wird nur klinisch bei zwingender medizinischer Indikation in der internistischen (z.B. alle Schockformen, hypertone Krisen) und ansthesiologischen (beispielsweise bei instabiler Kreislaufsituation und bei Beatmungspatienten sowie whrend und nach groen chirurgischen Eingriffen) Intensivmedizin angewandt und ist nicht ohne Risiko fr den Patienten (Infektionen und Sepsis, Luft-Embolie, Thrombose, Gefverschlu mit nachfolgender Nekrose und notwendiger Amputation).
Daher wurde von Riva-Rocci-Korotkoff eine indirekte und nichtinvasive, allerdings subjektive, Blutdruck-Memethode (abgekrzt: RR) eingefhrt und die fr dieses intermittierende Kompensationsverfahren erforderlichen Nullkriterien definiert: Der relative Luftdruck in der Blutdruck-Manschette gilt bei sinkendem Manschettendruck als systolischer Blutdruck, wenn das mit dem Stethoskop in der Ellenbogenbeuge abgehrte (auskultierte) Korotkoff-Gerusch einsetzt, und als diastolischer Blutdruck, wenn das Korotkoff-Gerusch nicht mehr hrbar ist. Diese Messung kann nur richtig sein, wenn der Manschetten-Luftdruck unverflscht auf die Arterie einwirkt; daher soll die Manschettenbreite etwa 1,2-mal grer als der Armdurchmesser sein: 13 cm fr Erwachsene und 9 cm fr Kinder.
Direkte Blutdruckmessung
Bei der direkten kontinuierlichen Blutdruckmessung (invasives Kreislauf-Monitoring) steht der externe Druckaufnehmer, der eine ausreichende Langzeitstabilitt fr mehrtgiges Messen aufweisen soll, nach Punktion der Arterie in offener Verbindung mit dem Blutkreislauf (Einmal- oder wiederverwendbare Druckaufnehmer). Jede arterielle Punktion mu unter strengen sterilen Bedingungen mit ausreichender Hautdesinfektion mglichst atraumatisch erfolgen. Die Arterie (Arteria radialis, Arteria dorsalis pedis, Arteria temporalis superficialis, Arteria femoralis, Arteria brachialis, Arteria axillaris, Arteria umbilicalis), in der der Blutdruck gemessen werden soll, wird ber einen mit physiologischer Kochsalzlsung luftblasenfrei gefllten sterilen Druckschlauch mit dem sterilen Druckaufnehmer verbunden. In der ausreichend steifen aber trotzdem gut zu handhabenden Druckmeleitung mu ein Dauersplsystem vorhanden sein, das die arterielle Verweilkanle zuverlssig dauernd offen hlt. Den prinzipiellen Meaufbau bei der direkten arteriellen Blutdruckmessung zeigt das Bild 1.

Ŀ   berdruckmanschette (300 mmHg)                                    Infusionsbeutel mit steriler              physiologischer Kochsalzlsung           Ŀ                              Ĵ     Ŀ    Mikrotropfmanometer (60 gt/ml)          3 bis 6 gt/min = 3 bis 6 ml/h                     Ŀ               Ŀ                                             Bypassventil                         Ŀ                               Ŀ                                                                           Ŀ   Ŀ                                                                                                          Kapillare    Ĵ Druckaufnehmer                          arterielle                                                                                Patienten-Kanle                                                                              v
Bild 1: Meeinrichtung zur direkten arteriellen Blutdruckmessung

Nach dem Fllen und Entlften des Schlauchsystems erfolgt das Einstellen der Nullpunktanzeige; diese ist nur richtig, wenn sich der Druckaufnehmer (Volumsverschiebung kleiner 0,04mm3 pro 100 mmHg) exakt in Hhe der Punktionskanle befindet - jeder Hhenunterschied verflscht die Mewerte. Anschlieend wird die Druckanzeige unter Zuhilfenahme eines Quecksilber-Manometers skaliert, wozu mit einer Ballonpumpe mehrere Druckwerte erzeugt werden. Nach dem Punktieren der Arterie bewirkt das kurzzeitige Bettigen des Bypassventils einen Druckimpuls von 300 mmHg ("Rechteck-Test"), aus dem der Dmpfungsfaktor (0,15 bis 0,25 - optimal: 0,5 bis 0,6) und die Eigenresonanzfrequenz (grer 12 Hz, typisch 25 Hz) des Monitoring-Systems aus dem Impulsbertragungsverhalten bestimmt werden, um ein ausreichend genaues bertragen des Patienten-Druckverlaufs (Grenzfrequenz 20 Hz, entsprechend der 6. Harmonischen bei einem Puls von 200/min) ber das schwingungsfhige flssigkeitsgefllte Druckmesystem zu gewhrleisten. Dabei mu sichergestellt sein, da die abfallende Flanke des Druckimpulses mit dem Beginn der Diastole zusammenfllt, damit das Testergebnis nicht von den Pulsationen des systolischen Blutdrucks verflscht wird.
Die Kapillare (Innendurchmesser 0,05 mm) sichert durch ihren hohen Strmungswiderstand  (R=Dp/Q=6000mmHg/(ml/min)) bei einer angenommenen Druckdifferenz von 200 mmHg die erforderliche Dauersplrate von 3 ml/h, die eine um bis zu 2,5 mmHg zu hohe Druckanzeige bewirkt. Hingegen verursacht eine Verweilkanle mit 0,5 mm Innendurchmesser eine um ungefhr 6,5 mmHg zu niedrige Druckanzeige.
Durch ffnen des Bypassventils erreicht man eine Schlusplrate von ca. 1,5 ml/s, die volums-limitiert sein soll.
Jede invasive Patienten-berwachungsmethode, so auch die direkte arterielle Blutdruckmessung, ist mit einer Vielzahl von Komplikationen behaftet, die durch verantwortungsbewuten und sorgfltigen Umgang mit den Komponenten des Mesystems auf ein vertretbares Ma reduziert werden kann. Mefehler entstehen durch Luftblasen, ungenauen Nullabgleich, Skalierungsfehler und Auswertungschwierigkeiten bei der Dateninterpretation; dies kann zu therapeutischen Fehlentscheidungen fhren, die fr den Patienten schwerwiegende Folgen haben. Lecks im Schlauchsystem bedingen einen Blutrckstrom, der einen Verschlu der arteriellen Verweilkanle verursachen kann.Indirekte Blutdruckmessung
Statistisch gesehen, wird mit der Methode nach Riva-Rocci-Korotkoff der systolische Blutdruck um 4 mmHg zu niedrig und der diastolische Blutdruck um 8 mmHg zu hoch gegenber dem direkten Verfahren festgestellt. Allein durch das intermittierende Messen knnen sich zwei aufeinanderfolgende Blutdruckwerte, vorwiegend die diastolischen, betrchtlich voneinander unterscheiden, ohne da Mefehler gemacht worden sind: TRAUBE-HERING_MAYER-Wellen - der Blutdruck schwankt mit einer Periodendauer von 8 bis 20 Sekunden, hufig mit 12 Sekunden, um bis zu 40 mmHg. Daher mte man den Blutdruck in verschiedenen Zeitabstnden einige Male nacheinander messen und den arithmetischen Mittelwert bilden; der dabei entstehende vense Blutstau tuscht einen zu hohen diastolischen Wert vor und verbietet diese Vorgangsweise.
Verschiedene rzte messen nach der Methode von Riva-Rocci-Korotkoff an ein und demselben Patienten Blutdruckwerte, die weit auerhalb einer noch zulssigen Toleranz liegen. Das geringfgig unterschiedliche Plazieren oder ein zu groer oder zu kleiner Anpredruck des Stethoskops ben neben dem Hrvermgen des Arztes einen groen Einflu auf das richtige Erkennen des Korotkoff-Gerusches (subjektive Interpretation) aus. Eine geistige Konzentration des Patienten liefert einen bis zu 40 mmHg zu hohen systolischen und einen bis zu 20 mmHg zu hohen diastolischen Wert gegenber dem invasiv gemessenen Blutdruck. Nach krperlicher Anstrengung, geistiger Konzentration oder bei bestimmten Krankheiten des Patienten ist das Blutdruck-Meverfahren nach Riva-Rocci-Korotkoff unsicher oder unbrauchbar.
Das Korotkoff-Gerusch tritt nur whrend der ansteigenden Systole (Anstiegszeit ca. 100 ms) auf und entsteht durch Eigenschwingungen der Gefwand, nicht aber durch Turbulenzen der Blutstrmung an einer Stenose (wie beim Herzschall). Die unhrbaren Frequenzen im Korotkoff-Gerusch bestimmen den systolischen und diastolischen Blutdruck und nicht die hrbaren Frequenzen, die nur eine kaum definierbare Begleiterscheinung aufgrund vorhandener Nichtlinearitten sind, so da das Verfahren nach Riva-Rocci-Korotkoff mit Auskultation in der Ellenbogenbeuge in vielen Fllen medizinisch unzulssig ist. Ein Mikrofon, im distalen Drittel der Blutdruck-Manschette untergebracht, kann die fr das Erkennen des systolischen und diastolischen Blutdrucks magebenden unhrbaren Frequenzen erfassen und einer elektronischen Verarbeitung zufhren.
Das Anlegen einer Druckmanschette beeinflut die bestehenden Strmungsverhltnisse in der Arterie. Der Manschettendruck verkleinert den Arterienquerschnitt und verformt ihn halbmond- oder achterfrmig, verlngert und verwirft die Arterie, wobei sich das umgebende Gewebe inkompressibel verhlt. Der Anstieg des Blutdrucks zum systolischen Wert vergrert momentan den Arterienquerschnitt, verkrzt die Arterie und verwirft sie; dabei wird das umgebende Gewebe komprimiert. Diese von der Systole verursachten periodischen Bewegungen der Arterie bewirken Luftdruck-Oszillationen in der Manschette, die von ihren Eigenschaften mitbestimmt werden. Darauf beruht das oszillometrische Blutdruck-Meverfahren.
Die oszillometrische Methode gibt wegen der nicht konstanten Phasengeschwindigkeit der Druckwelle unter der Manschette gegenber dem mit einem Mikrofon nach Riva-Rocci-Korotkoff gemessenen Blutdruck den systolischen Wert um 8 mmHg und den diastolischen Wert um 18 mmHg im Mittel zu hoch an.
Jedes indirekte Kompensations-Blutdruckmeverfahren verlangt Nullkriterien, unter denen der Luftdruck in der Blutdruck-Manschette gleich dem Blutdruck in der Arterie ist; diese Nullkriterien kann auch die Lngs- und Quer-Rheografie liefern. Darunter versteht man das Erfassen des mittleren Fllungszustandes eines Blutgefes durch Messen der elektrischen Leitfhigkeit an der Hautoberflche. Fr die Rheografie kommen Frequenzen zwischen 20 kHz und 100 kHz zum Einsatz. Das einer Wheatstone-Mebrcke entnommene Deviationssignal wird frequenzselektiv verstrkt und phasenabhngig gleichgerichtet.
Das elastische und plastische Verhalten der Blutgefe entspricht weitgehend dem des Kautschuks; fr die Druckwellen-Phasengeschwindigkeit in elastischen Rohren gilt:
                 1                   v =  =           r.{1/E + 1/l[1-p/l+(1-p/l)2]}  
               1  =                                       r/p. A0/Ap (1-A0/Ap) 
v	Druckwellen-Phasengeschwindigkeit in elastischen Rohren                   
r	Dichte der Flssigkeit (Blut bei einem Hmatokrit von 40%: 1,06 g/cm )
E	Elastizittsmodul der Flssigkeit (Blut bei 370 C: 14,8.103 kp/cm2 )
p	relativer Druck zwischen der Auen- und Innenwand
l	Leitungswert (enthlt den Elastizittsmodul der Wand, die Wandstrke und den Rohrdurchmesser bei p = 0)
A0	Querschnitt beim Druck p = 0
Ap	Querschnitt beim Druck p
Bercksichtigt man die fr Blutgefe gltigen Verhltnisse, so erhlt man fr den Zusammenhang zwischen der Druckwellen-Phasengeschwindigkeit v (in m/s) und dem Druck p (in mmHg) mit der Konstante C die Beziehung aufgrund der eine indirekte Blutdruck-Memethode durch Messen der Druckwellen-Phasengeschwindigkeit entwickelt werden kann.
                               v = C  p/r    oder    v = C.  0.126.p   fr  p>10 mmHg
Eine weitere Mglichkeit der indirekten Blutdruckmessung besteht darin, mit einer Ultraschall-Dopplersonde die Blutstrmung in der distal zur Blutdruck-Manschette liegenden Arterie als Nullkriterium heranzuziehen.
Das Problem der automatischen indirekten Blutdruck-Kontrolle ist technisch noch nicht gelst, da die Ungenauigkeit und Unzulnglichkeit dieser Verfahren keinen Einsatz bei notwendig werdender Kreislaufberwachung zulassen. Alle Manschetten-Methoden fhren keine kontinuierliche Blutdruckmessung durch, da der systolische und diastolische Blutdruck nicht aus einer Pulswelle bestimmt werden kann.
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