Elektromedizinische Technik
Referenzobjekte und Entwicklungen
Mobiler Sensor zur störungsarmen Pulsmessung bei Bewegung, Dezember 2016
Ausführliche Unterlagen stehen als PDF-Datei zur Verfügung.
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Optische Messstrecke für die studentische Ausbildung, Oktober 2016
Für die praktische Ausbildung der Masterstudenten im Fach Signale und Systeme wurde nach den Wünschen der HTWK bei der Prager Firma RC-Didactic ein optischer Messaufbau entwickelt und angefertigt. Die optischen Komponenten wurden kostenlos von der Firma Dräger AG in Lübeck zur Verfügung gestellt. Der Aufbau enthält eine optische Strecke mit LED und Photodiode, einen einstellbaren Transkonduktanzverstärker als ansteuerbare Stromquelle zum Betrieb der LED. Weiterhin ist ein einstellbarer Transkonduktanzverstärker enthalten, der zum Messen des Photostromes der Photodiode dient. Mit Hilfe des Messaufbaus können eine Vielzahl von Lehrinhalten praktisch vermittelt werden. Es folgt eine mögliche Auswahl:
- Verhalten von Leuchtdioden beim Betrieb mit Spannungsquelle oder Stromquelle (hier rote LED)
- Beschaltung von Photodioden und deren Querempfindlichkeit z.B. gegen Temperatur und Umgebungslicht
- Streuung und Absorption von Licht in verschiedenen Medien, Lambert-Beer-Gesetz
- Funktion und technische Umsetzung einer Lichtschranke - Messung von Pulssignalen (Photoplethysmogramm) z.B. am Finger
- Prinzip des Lock-In-Verstärkers und Verbesserung der Signalqualität bei stark gestörter Messumgebung
- Funktion des Transimpedanzverstärkers
- Quantitative Untersuchung verschiedener Rauschquellen wie Schrotrauschen durch Stromfluss in der LED, Thermisches Rauschen am Widerstand (hier Transimpedanz), Rauschen des Messverstärkers, 50 Hz-Rauschen
Kontakt: RC Didactic; Cholupická 997/38; CZ-142 00 Prag 4; Tschechische Republik
- Tel.: +420 241 722 979, 244 470 696
- Mobil: +420 603 271 167 Dipl.-Ing. Václav Černoch
- Fax: +420 241 722 979 E-Mail: info (at) rcdidactic.cz
Kontakt: Drägerwerk AG & Co. KGaA; Moislinger Allee 53–55; 23558 Lübeck
- Tel. 0451 / 882 - 0 Homepage: www.draeger.com
Steuerbare massesymmetrische Stromquelle für schwimmende Lasten, August 2016
Ausführliche Unterlagen stehen als PDF-Datei zur Verfügung.
Kurzbeschreibung:
Die Masterarbeit erfolgte als Kooperation der HfTL in Leipzig und der HTWK Leipzig. Sie untersucht und beschreibt die Analyse und Entwicklung einer steuerbaren massesymmetrisch arbeitenden Stromquelle, die in der Lage ist, Lasten schwimmend zu betreiben. Es können Gleich- und beliebige Wechselströme bis 1 A effektiv gespeist werden. Die obere Grenzfrequenz ist 5 kHz. Grundsätzlich ließen sich sogar Ströme bis max. 5A treiben.
Die Basis für diese Schaltung bilden zwei Howland-Stromquellen, die in einem gespiegelten Aufbau arbeiten. Die Analyse und Charakterisierung eines Schwingungserregers als Lastbeispiel stellt innerhalb dieser Masterarbeit eine der wichtigsten Voruntersuchungen dar. Durch diese Untersuchung konnte die zu entwerfende Stromquelle in Simulationen optimiert werden.
Das Ergebnis dieser Masterarbeit, stellt dabei eine Stromquelle dar, die grundsätzlich in der Lage ist, schwimmende RLC-Lasten zu betreiben. Der Betrieb des Schwingungserregers ist jedoch nur mit Einschränkungen möglich, da es Resonanzen gibt, welche die maximale Stromstärke auf den 100mA Bereich limitiert. Durch verfeinerte Abstimmung der Komponenten könnten die Eigenschaften wie obere Grenzfrequenz, geringe Verzerrung, Stabilität des Strom-Offset, usw. noch optimiert werden.
Die Stromquelle kann zum Beispiel verwendet werden, um mit einer Spule ein definiertes Magnetfeld zu erzeugen, ohne dass an der Zuleitung ein störendes Magnetfeld entsteht. Durch Verdrillen der zwei Leitungen zur Last, wird das Störmagnetfeld im Idealfall zu Null. Es werden keine Störspannungen induziert, die in der Regel mit Kondensatoren kurzgeschlossen werden. So werden Ableitströme z.B. im PE oder über das Gehäuse reduziert.
Es ist auch Elektrolyse möglich, da Gleich und Wechselstrom eingestellt werden können. Auch ein gepulstes Laden und Entladen von Batterien ist mit dieser Stromquelle möglich. Mit Nachrüstung eines isolierten BNC-Eingangs wäre die Stromquelle komplett floatend und könnte in beliebige Schaltungen integriert werden.
LED Lampe mit 12V/12W-LED CREE XLamp MK-R white mit Konstantstromquelle, März 2016
Hier wird eine Lampe gezeigt, die mit einer Leistungs LED bestückt wurde. Der Betrieb der LED erfolgt mit einem Schaltregler mit Stromausgang RECOM RCD-24-1.00/W. So kann die LED optimal mit konstantem Strom von 1,0 A nahe der maximal zulässigen Grenze von 1,2 A versorgt werden. Die LED ist isoliert auf dem Kühlblech aus Kupfer aufgebracht und das hat den Vorteil, dass die meisten Stromquellen verwendet werden können. Beim Betrieb in einem Fahrzeug ist die nötige Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Schaltreglers etwas zu klein. Im Idealfall sollte die Eingangsspannung 2 V...3 V größer als die Ausgangsspannung an der LED sein.
In diesem Beispiel ergaben Messungen, dass die Stromquelle ab 13,5 V Eingangsspannung bei 12 V Ausgangsspannung funktioniert. Zum Schutz gegen Überspannungen wurde eine Suppressordiode 5KP14A an die Spannungsversorgung des Schaltreglers gelötet. Die LED wurde mit dem 20mm größem Kupferträger auf ein 0,5 mm Kupferblech aufgelötet und dann mit reichlich Wärmeleitpaste in das Lampengehäuse aus Aluminium eingeschraubt. Die Temperatur der gesamten Lampe hat sich nach 30 min Betriebszeit auf ca. 80°C eingepegelt. Wenn die Spannung nicht größer 13 V ist, funktioniert der betrieb der LED nicht mehr.In diesem Fall kann ein LTM8040 von Linear Technology von als Low drop Stromregler eingesetzt werden oder ein 15 W / 15 V DC-DC-Stepup-Wandler mit LM2577 oder ein RP15-1215SA von RECOM vor die Stromquelle geschaltet werden.
Das ist aber keine besonders intelligente bzw. teure Lösung...
Wesentlich günstiger ist die Kombination einer 6V-LED mit 12 W und einem 2 A-Stromschaltregler.
- Zu beachten:
Die beeindruckend hohe Lichtintensität kann das Auge schädigen!
So eine Lampe darf auf keinen Fall im Bereich der StVZO eingesetzt werden
Sensor zu Messung der Muskelkontraktion, Dezember 2014
Ausführliche Unterlagen stehen als PDF-Datei zur Verfügung.
Kurzbeschreibung:
Bei Elektrounfällen kann es durch den Körperstrom zur Kontraktion der Skelettmuskulatur kommen. Bei einem Wechselstrom, welcher die Loslass-Schwelle überschreitet, entspricht die Kontraktionsdauer der Stromflussdauer. Deshalb kann beim Überschreiten der Loslass-Schwelle der Betroffene die Berührung nicht willkürlich beenden.
Bei Gleichstrom kann dieses Verhalten nicht beobachtet werden. Es stellt sich die Frage, wie die Muskelkontraktion nach dem Einschalten des Stromes verläuft. Es sind vier verschiedene Phasen bekannt: Latenz, Verkürzungsphase, tetanischer Zustand und Abschwächungsphase. Genauere Angaben zu diesen Phasen liegen bislang nicht vor.
Die gegenwärtig stattfindenden Untersuchungen zu den Wirkungen elektrischer Gleichströme auf den menschlichen Körper zeigen, dass die Kontraktionsdauer und damit die maximale Berührungsdauer bislang nicht angegeben werden kann. Deshalb soll mit dem hier vorgestellten Messsystem eine einfache Möglichkeit geschaffen werden, mit der die zeitlichen Abläufe bei einer elektrisch induzierten Muskelstimulation untersucht werden können.
Materialversiegelung mit Unterdruck (Imprägnieren / Lasieren), Oktober 2014
Dieser Unterdruck-Imprägnierer dient zur langanhaltenden Tiefenimprägnierung von porösen Materialien wie z.B. Holz. Durch den Unterdruck von bis zu -750 mbar im Behälter entweicht Luft aus den Poren des Materials und die Lasur oder die Imprägnierung dringt sehr schnell sehr tief in das Material ein. Das Prinzip ist universell einsetzbar, um poröse Materialien schnell und lange anhaltend zu versiegeln.
Das Absperrventil dient zur Begrenzung des Volumenstromes beim Absaugen und zum Absperren nach Erreichung des gewünschten Unterdruckes, damit die Absaugpumpe nicht kontiniuerlich laufen muss. Der Drucksensor dient zum Überwachen des Unterdruckes. Zum Schließen des Gefäßes muss bereits Luft abgesaugt werden und zum Öffnen des Behälters werden +200...300 mbar in das Gefäß komprimiert, bis der Deckel sich von selbst hebt.
Nach der Behandlung tropft die restliche Lasur ab und das Material kann dann trocknen. Erste Versuche waren sehr positiv. Über das Gewicht des Behälters vor und nach dem Versiegeln kann die aufgenommene Menge Lasur bestimmt werden. Ein kleiner Nachteil des Systems ist die notwendige Mindestmenge an Lasur, um den Behälter zu befüllen.
Das Absperrventil dient zur Begrenzung des Volumenstromes beim Absaugen und zum Absperren nach Erreichung des gewünschten Unterdruckes, damit die Absaugpumpe nicht kontiniuerlich laufen muss. Der Drucksensor dient zum Überwachen des Unterdruckes. Zum Schließen des Gefäßes muss bereits Luft abgesaugt werden und zum Öffnen des Behälters werden +200...300 mbar in das Gefäß komprimiert, bis der Deckel sich von selbst hebt.
Nach der Behandlung tropft die restliche Lasur ab und das Material kann dann trocknen. Erste Versuche waren sehr positiv. Über das Gewicht des Behälters vor und nach dem Versiegeln kann die aufgenommene Menge Lasur bestimmt werden. Ein kleiner Nachteil des Systems ist die notwendige Mindestmenge an Lasur, um den Behälter zu befüllen.
Einkanaliger FFT-Monitor für Sprachbereich mit Soundkarte oder NI-Messkarte, September 2014
Dieser kleine FFT-Online Monitor ist ein gutes Beispiel, wie in MATLAB eine schnelle Datenerfassung und -verarbeitung programmiert werden kann. Leider findet man als Student dieses schöne Standardbeispiel von Fa. Mathworks (MATLAB) viel zu spät und deshalb soll es hier noch einmal zugänglich gemacht werden.
FFT-Onlinemonitor für MATLAB (MATLAB m-file)
Einkanaliger EKG Verstärker für kleine Betriebsspannungen von 2,5 V - 5,0 V, August 2014
Für die mobile Messung des EKGs wurde ein einkanaliger Biosignalverstärker als relativ einfaches Steckmodul entwickelt. Die Schaltung wurde zunächst in PSPICE simuliert und ausschließlich mit hauseigenen Mitteln gefertigt. Der Verstärker funktioniert mit Betriebsspannungen zwischen 2,5 V und 5,0 V (am Menschen) und kann direkt an den AD-Wandler eines Mikrocontrollers angeschlossen werden. Am Patientensimulator funktionierte er sogar noch bei 1,8 V.
Der Verstärker und die Dokumentation sind sehr gut geeignet, um das Prinzip eines EKG-Verstärkers und die konkrete technische Umsetzung zu verstehen. Er kann auch relativ leicht nachgebaut werden. Die EAGLE- und PSPICE-Dateien können auf Anfrage zugesandt werden. Die Herstellung von gefrästen Platinen wie im Bild oben ist auch möglich. Kontaktdaten für Anfragen.
Dokumentation zum EKG-Verstärker (pdf-file)
Wichtiger Hinweis!
Zur Verwendung des Verstärkers in kommerziellen Medizinprodukten oder am Menschen z.B. in Studien und umfangreichen Experimenten müssen unbedingt die laut Norm (z.B. 60601) geforderten Schutzmaßnahmen ergänzt werden. Diese Variante ist nur zu Studienzwecken entwickelt worden und nicht kommerziell verwendbar.
FIFO - Daten - Monitor in MATLAB, August 2014
Die serielle Bluetooth-Schnittstelle kann innerhalb des Labors mit einer Datenrate von 115200 bit/s verwendet werden und basiert auf dem Bluetooth Slavemodul Arduino HC-06 und PC-seitig dem Bluetooth-Dongle ASUS BT400. Die PC-seitige Ankopplung erfolgt über MATLAB. Als Softwareschnittstelle wird mit Hilfe der Instrument Control Toolbox ein Bluetooth-Objekt angelegt. Die Anbindung über die im System vorhandene virtuelle COM-Schnittstelle funktioniert mit einem Terminalprogramm wie hterm, aber nicht mit MATLAB.
Der Sensor sendet einen kontinuierlichen Datenstrom, der per Bluetooth übertragen und mit Matlab im float-Format eingelesen wird. Es erfolgt eine Anzeige der aktuellen Daten und alle Daten werden auf der Festplatte gespeichert.
Dokumentation zum Schnittstellenaufbau (pdf-file)
Es steht ein MATLAB-Programm zur Erstellung der Funkschnittstelle zum Download bereit. Diese Datei kann Interessenten, die das gleiche Problem haben, die Arbeit etwas erleichtern.
Bluetooth - FIFO - Datenlogger / Monitor (MATLAB m-file)
FIFO - Daten - Monitor in MATLAB, August 2014
Es steht ein MATLAB Programm zum Download zur Verfügung, das einen FIFO Speicher und einen Echtzeit- Daten- Monitor enthält, der mit einer wählbaren Fensterbreite die eingelesenen Daten in Echtzeit darstellt. Der gesamte Datenstrom wird auf die Festplatte (DATALOGGER) geschrieben. Dieses m-file soll als Inspiration und als Basis dienen, um daraus weitere konkrete Anwendungen zu programmieren.
FIFO - Daten - Monitor (MATLAB m-file)
Automatische Abpumpanlage für Wasser im Keller, März 2014
Kuurzbericht:
Entwicklung im Rahmen einer Kellersanierung
Ein Wassereinbruch in den Keller ist besonders schlimm, wenn man nicht zu Hause ist. Daher solle man vorsorgen und eine automatische Abpumpanlage installieren, die sich einschaltet, sobald Wasser in den Keller eingedrungen ist. Hier wird eine preiswerte und erprobte Variante vorgestellt.
Treiber für LED CREE XM-L T6 mit MAX 16820 „Ersatz für 6V Biluxlampe“ Februar 2014
Entwicklung im Rahmen eines Schülerprojektes
Gewünschte Merkmale des Schaltung:
- LED Lampe als 1:1 Ersatz für eine Biluxlampe 6V/15W oder 25W
- Stromregelung für LED-Ströme von bis zu 2A
- Betrieb bei 6V Wechselspannung
- Kompakte Bauweise
Umgesetzte Funktionen im Prototypen:
- LED wird bei 6V AC oder DC-Eingang mit I = 1,2 A betrieben und leuchtet extrem hell
- Maße: (LxBxH): (60x35x20) mm
Offene Punkte:
- LED wird I = 1,2 A so heiß, dass sie nicht mehr einfach passiv gekühlt werden kann
- LED sollte mit 2A betrieben werden
- Die Schaltung müsste verkleinert werden, um Maße einer Biluxlampe zu erreichen.
Erster Entwurf mit LED CREE XM-L T6
- Projektbericht_Teil1(pdf-Datei)
- Eagle Dateien_Teil1 (zip-Datei)
- PSpice Dateien (zip-Datei)
Zweiter Entwurf mit LED CREE XP-E Q2
- Projektbericht_Teil2 (pdf-Datei)
- Eagle Dateien_Teil2 (zip-Datei)
Frontend für EKG-basierte Untersuchungen, Sept 2013
Mehrkanaliges Frontend zur Ableitung von Biosignalen zu Forschungszwecken mit direkter Kopplung zu Matlab über eine USB-Datenerfassungskarte
Kooperation mit Dr. EE. Marc Piquemal, Paraguay für Erforschung der Reflexology
Merkmale des Messgerätes:
- 5 Kanäle für bipolare Ableitungen mit Vorverstärkung und Filterung
- 3 Extremitätenableitungen (Einthoven 1...3) sind verdrahtet
- 1 Kanal ist frei positionierbar (Frequenzgang wie Kanal 1...3)
- 1 Kanal ist frei positionierbar für Messung von Gleichspannungen
Forschungspartner:
Dr. EE. Marc Piquemal (verstorben in 2014), Asuncion, Paraguay
Internet page: www.bio-electricity.net/
Mehrkanaliges Frontend zur Ableitung von Biosignalen zu Forschungszwecken mit direkter Kopplung zu Matlab über eine USB-Datenerfassungskarte
Kooperation mit Dr. EE. Marc Piquemal, Paraguay für Erforschung der Reflexology
Merkmale des Messgerätes:
- 5 Kanäle für bipolare Ableitungen mit Vorverstärkung und Filterung
- 3 Extremitätenableitungen (Einthoven 1...3) sind verdrahtet
- 1 Kanal ist frei positionierbar (Frequenzgang wie Kanal 1...3)
- 1 Kanal ist frei positionierbar für Messung von Gleichspannungen
- Forschungspartner:
Dr. EE. Marc Piquemal (verstorben in 2014), Asuncion, Paraguay
Internet page: www.bio-electricity.net/
Signalrekonstruktionsmodul zur Verbesserung d. dynamischen Eigenschaften von Sensoren 2006 - 2013
Entwicklung in Kooperation mit Firma CORTEX Biophysik GmbH, Leipzig
- Kontakt:
CORTEX Biophysik GmbH
Walter-Köhn-Str. 2d
04356 Leipzig
Tel. +49 341 48749-0
E-Mail: info @ cortex-medical.de
Flussgenerator und Kalibrierprüfstand für Ultraschall-Flusssensoren, 2011 - 2013
Entwicklung in Kooperation mit Firma SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH
Exakte Einstellung pulsationsarmer Volumenströme von Wasser oder wasserähnlichen Medien höherer Viskosität.
Technische Parameter:
Flow: 10...200 ml/s mit 1% Genauigkeit
Pulsation: < 1% vom Flow
Medientemperatur: 5...40°C möglich
Kontakt:
SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH
Nauendorfer Straße 2
06112 Halle (Saale)
Tel.: +49 (0)345 / 133 17-0
Fax: +49 (0)345 / 133 17-99
E-Mail: sonotec(at)sonotec.de
Web: www.sonotec.de
Temperatursensor und Datenlogger zur Überwachung der Probentemperatur in einer rotierenden Zentrifuge 2010 - 2011
Entwicklung in Kooperation mit Firma inotec FEGmbH, Markkleeberg b. Leipzig und einem namhaften Zentrifugenhersteller
- Kontakt:
Sebastian Guttke oder
inotec Forschungs- und Entwicklungsges. mbH
Hauptstraße 103
04416 Markkleeberg
Telefon: +49 (0341) 35 69 90 23
Telefax:: +49 (0341) 35 69 90 29
E-Mail: mail(at)inotec-feg.de
Web: www.inotec-feg.de
Frontend für Impedanzmessungen Steuerbare Stromquelle mit Messkanälen für U und I, 2010 - 2011
Unterstützung des i.b.a. Heiligenstadt bei der Entwicklung
Merkmale der Stromquelle:
Frei steuerbar über Spannungseingang
- Frequenzen bis 20 MHz
- Ströme bis 1mA effektiv, DC kompensiert
- Spannung 5 V bipolal
Kontakt:
Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.
Herr Dr. Pliquett Rosenhof
37308 Heilbad Heiligenstadt
Telefon: +49 (0) 3606 / 671 - 0
Telefax: +49 (0) 3606 / 671 - 200
Internet: www.iba-heiligenstadt.de
E-Mail: iba(at)iba-heiligenstadt.de
PANIB Druckkalibriergerät für NIBP-Messgeräte, 2009 - 2011
Entwicklung in Kooperation mit Firma MedServ GmbH, Leipzig
Merkmale des Prüfgerätes:
- Mobile Kalibrierung von nichtinvasiven Blutdruckmessgeräten nach Forderungen des LMKM
- Mikroprozessor-gesteuerter einfach strukturierter Prüfablauf
- Integrierte Pumpe zur automatischen Druckerzeugung
- Akustische Signalisierung der Prüfschritte
- Kalibrierzertifikat für den Drucksensor Kontrastreiches
- OLED-Display
- Netz- und Akkubetrieb
- Kompakte Bauweise
- Kalender und Uhr
Funktionen:
- Dichtigkeitsprüfung mit schnell approximierten Druckabfall in mmHg/min
- Druckmessung mit interner oder externer Druckquelle
- Messung von Temperatur und rel. Luftfeuchte
- Anzeige von Datum, Uhrzeit, Serviceintervall
Technische Daten:
- Messbereich: p = 0...500 mmHg
- Prüfdrücke: Stufen nach LMKM
- Genauigkeit: < 0,8 mmHg
- Betriebsspannung: U = 230 V, f = 50 Hz
- Gewicht: m = 2,7 kg
- Maße: (BxHxT): (25x9x23) cm
Kontakt:
MedServ GmbH,
Eisenacher Straße 72,
04155 Leipzig
Tel. 0341 55 00 84 5
E-Mail: info(at)medserv-leipzig.de
Web: www.medserv-leipzig.de
Ausreißer-resistente Messdatenfilterung für die Anwendung in der Ergospirometrie 2007
Kooperation zwischen der Fa. CORTEX Biophysik GmbH und der HTWK Leipzig, Institut EBIT. Die finanzielle Förderung des Forschungsprojektes erfolgte durch die IHK zu Leipzig.
Projektpräsentation und Zusammenfassung (Poster, pdf-Datei)
Versuchsaufbau zur Gasanalyse mit Pyrodetektoren, 2002 - 2003
Entwicklung in Kooperation mit der Drägerwerk AG & Co. KGaA, Lübeck
Es wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, mit dem verschiedene optische und elektronische Komponenten wie IR-Strahler, IR-Detektoren, Linsen und optische Filter sowie Verstärker charakterisiert werden können. Anhand der Messergebnisse wurden die Übertragungsfunktionen der Komponenten berechnet. Die gesamte Messkette wurde modelliert und mit dem technischen Aufbau verglichen. Pyrodetektoren finden eine breite Anwendung in der Gasanalyse-Messtechnik.
Projektbericht_Pyrodetektoren (pdf-Datei)
- Kontakt:
Drägerwerk AG & Co. KGaA
Moislinger Allee 53-55
23558 Lübeck
Telefon: +49 451-882 0
Fax: +49 451-882 2080
Web: www.draeger.com
E-Mail: info(at)draeger.com
Wartungsunterlagen für Synthesizer TIRACON 6V
Benutzerhandbuch (pdf)
Service Handbuch (pdf)
