Zur Frage von Störungen biologischer

Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
Störungen biologischer Spannungsmessungen
[62] Rytoemaa, T., K. Kiviniemi: Control of granulocyte production I. Cell Tissue Kinet. l (1968a),
329—340
[63] Steel, G.G.: The Cell Cycle in Tumours: An
Examination of Data Gained by the Technique of
Labelled Mitoses. Cell Tissue Kinet. 5 (1972), 87
bis 100
[64] Stohlman jr., F.: Hemopoietic Cellular Proliferation. Grüne & Stratton, New York, London 1970
[65] Stohlman jr., F.: The Kinetics of Cellular Proliferation. Grüne & Stratton, New York, London
1959
[66] Stohlman jr., F.: Regulation of Hematopoiesis,
edit. by Gordon, A. S., New York, Appleton-Century-Crofts l (1970)
[67] Tarbutt, R. G., N.M. Blackett: Cell population
kinetics of the recognizable erythroid cell in the
rat. Cell Tissue Kinet. l (1968), 65—80
[68] Tautu, P., Josifescu, M.: Stochastic Processes and
Applications in Biology and Medicine. Springer
Verlag, Berlin 1973
[69] Teir, H., T. Rytoemaa: Control of Cellular Growth
in Adult Organisms. Academic Press, London
1967
[70] Trucco, E.: Mathematical models for cellular Systems, the from Foerster equation. Bull. Math. Biophys. 27 (1965), 285
[71] Tsanev, R., B. Sendov: Possible molecular mechanisms for cell differentiation in multicellular organisms. J. Theoret. Biol. 30 (1971), 337
[72] Valleron, A.-J., KFrindel: Computer Simulation
of Growing Cell Populations. Cell Tissue Kinet. 6
(1973), 69—79
[73] Vogel, H., H. Niewisch, G. Matioli: Stochastic
development of stem cells. J. Theoret. Biol. 26
(1970), 265
[74] Von Bronk, B., G. J. Dienes, A. Paskin: The Stochastic Theory of Cell Proliferation. Biophysical
Journal 8 (1968), 1353—1398
[75] Weiß, P., J. L. Kavanau: A model of growth and
growth control in mathematical terms. J. Gen.
Physiol. 41 (1957), 1—47
[76] Wenk, G.: Mathematische Formulierung von
Wachstumsprozessen. Biometrische Zeitschrift 15
(1973), 345—362
[77] Wheldon, T.E., J. Kirk, H. M. Finlay: Cyclical
Granulopoiesis in Chronic Granulocytic Leukemia:
A Simulation Study. Blood 43 (1974), 379—387
[78] Wheldon, T. E., J. Kirk: Induction, Differentiation
and Oncogenesis. J. Theoret. Biol. 41 (1973), 261
bis 268
[79] Wheldon, T. E., J. Kirk, W. M. Gray: Mitotic Autoregulation Growth Control and Neoplasia. J. Theoret. Biol. 38 (1973), 627—639
[80] Williams, T., R. Bjerknes: Stochastic Model for
Abnormal Clone Spread Through Epithelial Basal
Layer. Nature 236 (1972), 19—21
[81] Yoas, M., M. Sugita, A. Bensam: A Model of Cell
Size Regulation. J. Theoret. Biol. 9 (1965), 444—470
197
Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr.-Ing. W. Düchting
University of Siegen
Department of Electrical Engineering
D-5900 Siegen
Biomed. Techn.
21 (1976), S. 43—49
W. Irnich
A. Johnen
Zur Frage von Störungen biologischer
Spannungsmessungen durch Netzdrosseln
On the interfering effects of power line chokes on the
measurement of biological voltages
Aus den Klinischen Anstalten der RWTH, Aachen*
Es wurde der Frage nachgegangen, wie groß das Magnetfeld bei Leuchtstoffröhren und
deren Drosseln ist. Ausgehend von der Abschätzung, daß ein Magnetfeld oberhalb von
2,4 mG bei empfindlichen biologischen Spannungsmessungen störend sein kann, wurde
das Feld von Leuchtstoffröhren und deren Drosseln experimentell und theoretisch untersucht. Dabei zeigte es sich, daß bei parallel montierten Leuchtstoffröhrenreihen das
Feld bei Gleichphasigkeit aller Leuchtstoffröhren verstärkt, dagegen bei Gegenphasigkeit oder. "bei> Aufteilung auf die einzelnen Phasen des Drehstromnetzes zum Teil
erheblich geschwächt wird. Bei üblichen modernen Drosseln klingt das Magnetfeld bei
einem Abstand von etwa 70cm unter den Wert von 2,4 mG ab, bei 140cm macht es
bereits weniger als 0,6 mG aus. Damit erweist sich das Herausziehen von Drosseln in
Meßräumen als eine unnötige Maßnahme, da der allgemeine Störpegel meist höher
liegt. Durch einfache Kompensationsmaßnahmen gelingt es, den Störfeldpegel von
Leuchtstoff röhren bei Entfernungen von 100cm und mehr auf weniger als ein lOtel
des kritischen Magnetfeldwertes zu senken.
The question, äs to how large the magnetic field produced by fluorescent lamps (tubes)
and their chokes actually is, was investigated. Starting from the premise that a magnetic field of above 2 to 4 mG can interfere with sensitive biological voltage measurements, the field produced by fluorescent lamps and their chokes was investigated both
experimentally and theoretically. It was found that, in the case of fluorescent tubes
arranged in parallel rows, the field is strengthened if all the tubes operate in phase.
In Operation "out of phase", on the other hand, or if the individuaJ phases of the threephase power supply are "separated", the field is considerably weakened. With the
conventional modern chokes, the magnetic field decreases to below 2.4 mG at a
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
43
Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
Störungen biologischer Spannungsmessungen
44
distance of some 70cm; at 140cm it has already dropped below 0.6 mG. Thus, the
removal of chokes in measuring rooms is shown to be unnecessary since the general
interference level ist usually higher. By simple compensatory measures, the interference level of fluorescence tubes at distances of 100 cm and more, can be reduced
to less than a tenth of the critical magnetic field value.
Für die Installation von Räumen, in denen medizinische Spannungsmessungen vorgenommen werden
wie beispielsweise EKG, EEG und EMG wird immer wieder empfohlen, die Netzdrosseln von
Leuchtstoffröhren aus dem Raum herauszuziehen,
da sie Störungen verursachen könnten. Diese Maßnahme ist nicht nur kostenaufwendig, sie führt darüber hinaus bei Großkliniken zu einer nahezu unübersehbaren Verdrahtung, die im Falle eines
Fehlers erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Wir
sind deshalb der Frage nachgegangen, wie groß das
Magnetfeld moderner Drosseln tatsächlich ist, und
ob nicht die realen Verhältnisse zu Empfehlungen
führen könnten, die weniger aufwendig sind.
a)
gen, so daß das Produkt aus Fläche mal Windungen
0,675m2 betrug. Wir haben eine derartige Spule
deswegen gewählt, weil dadurch eine ausreichende
Empfindlichkeit gewährleistet' war. Bei normaler
Extremitätenableitetechnik ergibt sich in Ableitung l üblicherweise eine Fläche zwischen 0,25
und 0,4 m2, die auch im ungünstigsten Fall unsere
gewählte Fläche nicht überschreiten dürfte. Insofern geben die von uns gemessenen induzierten
Spannungen den „worst case" wieder. Die Spule war
durch Metallfolien mit der Permeabilitätskonstanten 0 ebenso wie die Zuleitungen abgeschirmt, gemessen wurde mit einem Differenzverstärker von
2 mal l
Eingangswiderstand (Bild 2).
Nach dem Induktionsgesetz ergibt sich für unsere
Spule eine Spannung von Spitze zu Spitze gemessen
UindSS in Abhängigkeit vom Scheitelwert der magnetischen Induktion B bei 50 Hz entsprechend Formel (1):
UindSS =
mV
mG
bzw. die Umkehrung entsprechend Formel (2):
B
b)
Bild 1. Bauart von Leuchtstoffröhrendrosseln und Magnetfeldverlauf
a) alte Ausführung, längslamelliert
b) neue Ausführung, querlamelliert
Untersucht wurden insgesamt 10 Drosseln unterschiedlicher Bauart und unterschiedlichen Fabrikats
entsprechend Tabelle 1. Während das Eisenjoch
älterer Drosseln noch längs geschichtet ist, wird
heute eine Querlamellierung angewandt. Dadurch
bedingt ergeben sich charakteristische Unterschiede
im Feldlinienverlauf einer Drossel entsprechend
Bild l. Bei der Bauart mit Längslamellierung
(Bild la) ergibt sich ein Magnetfeld wie bei einem
Stabmagneten mit relativ großem Streufeld an den
Enden. Bei der neueren Querlamellierung ist das
Streufeld geringer und verteilt sich über die gesamte Oberfläche entsprechend Bild Ib.
Gemessen wurde mit einer Spule mit einer mittleren Windungsfläche von 22,5 cm 2 bei 300 Windun-
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
= 24 UjndSS
(D
(2)
mG
" mV
Soll bei unserer „worst-case"-Betrachtung die induzierte Störspannung kleiner als 0,1 mV sein, so
errechnet sich aus Formel (2) eine maximale Störfeldstärke von 2.4 mG.
Der Störfeldpegel in einem Meßraum setzt sich
üblicherweise aus drei Komponenten zusammen:
1. Allgemeiner magnetischer Störpegel durch Versorgungsleitungen in der Umgebung des Raumes
sowie durch Transformatoren in Geräten innerhalb des Raums,
2. ein Magnetfeld auf Grund des fließenden Stromes durch Leuchtstoffröhren,
3. magnetische Streufelder herrührend von Drosseln.
Um ein Beispiel über die verschiedenen Anteile zu
geben, seien hier die Bedingungen in unserem Meßraum wiedergegeben:
Das allgemeine Magnetfeld induzierte in unsere
Spule 30
entsprechend einem Magnetfeld von
0.7 mG. Durch Anschalten der Leuchtstoffröhren
erhöhte sich der Pegel bei einer Lichtleistung von
18 W/m2 in einem Abstand von 1,4 m auf 45 V entsprechend l mG. Der Anteil der Leuchtstoffröhren
und der Drosseln betrug somit 15 /*V entsprechend
0,3 mG bei dieser Entfernung.
Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
11
»
Differenz - Verstärker
t
-f- Kanal A
<C t Spule «*·-
v
45
Objekt
X
^
Störungen biologischer Spannungsmessungen
] 300 Wde
"^
l^
Tiefpaß
Verstärker
~~
\
\
"
L^
Vjy
1
1
1
1
1
J
1
AbschirrtHing |
elektr. f 'eld |
n
Kanal B
«JUÜ Hz
·-
HP 1201
Scope
1
Bild 2. Meßanordnung zur Aufnahme des magnetischen Feldes:
eine Spule wird an den Differenzeingang des Speicheroszillographen HP—1201gelegt. Der Ausgang dieses Verstärkerkanals
wird über ein Tiefpaß (24 dB Flankensteilheit, obere Grenzfrequenz 300 Hz) auf den zweiten des Oszillographen gegeben.
Mit dieser Anordnung ließen sich Magnetfelder bis unter
0,2 mG nachweisen
Um nun den Anteil der Drosseln an diesem magnetischen Feld abschätzen zu können, wurde das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Entfernung zur
Drossel gemessen und zwar so, daß jeweils der
maximaler Intensität aui
Tabelle 1. Untersuchte Drosseln
Hersteller
Typ
1. BBC
2. Philips
65 - 150
BVP 65L05
Leistung/ LamelW lierung
58463 AH/34
BTP 42L05
3. Plathner F x 6 5 v
F 40/1 mV
65
65
65
40
65
40
Abstand/
cm bei
B=2,4mG
quer
quer
längs
quer
quer
quer
70
70—80
100
. 70
66—70
70
Wie die rechte Spalte von Tabelle l zeigt, schneidet
die längslamellierte Bauart am ungünstigsten ab.
In einem Abstand von 100 cm sinkt die Feldstärke
auf 2,4 mG und weniger ab. Bei allen anderen Drosseln wird dieser Pegel zwischen 66 und 80cm erreicht. Bei den doppelt angegebenen Werten handelt es sich um den Bereich, der bei Messungen an
mehreren Drosseln des gleichen Typs erhalten
wurde. Die geringe Anzahl an untersuchten Drosseln läßt den Feldstärkebereich erkennen, sie stellt
jedoch keine Wertung der einzelnen Fabrikate dar.
Die Feldstärkewerte an der Oberfläche bewegen
sich zwischen 4.8 G (Plathner FX 65) und 8.6 G
(BBC-65-150) im günstigsten Fall bei den querlamellierten und 18 G (Philips 5846 3 AH/34) bei der
längslamellierten Drossel (Bild 3). Für die günstigste Drossel (Plathner FX 65)'konnte für die
Abnahme des magischen Feldes in Abhängigkeit
von der Entfernung R im Bereich zwischen 20 und
70 cm folgende Approximationsformel (3) abgeleitet werden:
A
B
mG
8,4 · l O3
(R/cm — 6,8)2
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
(3)
Bild 3. Das Magnetfeld von Drosseln in Abhängigkeit von der
Entfernung. Die obere Kurve wurde an einer längslamellierten Drossel aufgenommen, wie sie heute üblicherweise nicht
mehr installiert wird
Unterhalb von 20 cm liegt die gemessene Feldstärke
oberhalb des mit (3) berechneten Wertes, oberhalb
von 100 cm liegen sie jedoch offensichtlich unterhalb der Approximationsfunktion. Nach dieser Formel müßte sich nämlich in einem Abstand von 1,4 m
eine induzierte Störspannung von 19 V = 0,46mG
ergeben, tatsächlich betrug sie aber zusammen mit
dem Magnetfeld durch die Leuchtstoffröhren nur
15
= 0,36 mG.
Wenn Leuchtstoffröhren in einer Reihe angeordnet
sind, so kann man sich das durch sie erzeugte
Magnetfeld vorstellen als herrührend von einem
Linienleiter. Die folgenden Überlegungen gelten
also nicht für eine einzelne Röhre. Die Betrachtungen haben jedoch auch in diesem Fall ihren
Sinn, da das so errechnete Magnetfeld den „worstcase" darstellt.
Die magnetische Induktion läßt sich bei einem
Linienleiter mit Formel (4) berechnen, wobei wir
Biomedizinlsche Technik
Band 21
Heft 2/1976
Störungen biologischer Spannungsmessungen
4G
einmal von der Abstraktion ausgehen wollen, daß
der Rückleiter soweit entfernt liegt, daß er keinen
Beitrag zum Feld leistet:
o =
/«o ' Icff ' V2
(4)
Entsprechend den Geflogenheiten in der Elektrotechnik wurde hier der Scheitelwert der Induktion
B in Abhängigkeit vom Effektivwert des Stromes
Ic« berechnet, wobei R der Abstand des Meßpunktes vom Röhrenmittelpunkt bedeutet. Für 0,8 A
entsprechend einer Leistung bei Leuchtstoffröhren
von 65 W ergibt sich daraus die zugeschnittene
Größengleichung (5):
B
220
mG
R/cm
(5)
Für den Fall, daß mehrere Leuchtstoffröhrenreihen
parallel montiert werden, kann das Feld unter
einer dieser Röhren durch die Anwesenheit der
parallel verlaufenden Reihen entweder verstärkt
oder geschwächt werden, je nachdem ob man alle
Reihen phasengleich, gegenphasig oder symmetrisch
auf die drei ^Phasen des Wechselstroms aufteilt.
Im Folgenden sollen für zwei charakteristische
Punkte die Feldstärke als Funktion des Abstandes
H von der Installationsfläche berechnet werden, wobei einmal der Meßpunkt senkrecht unter einer
Leuchtstoffröhre, zu anderen symmetrisch zwischen
zwei Leuchtstoffröhren
angenommen wurde
(Bild 4).
Beleuchtungsebene
/ X
(8)
( ) - ^
Für die drei genannten Fälle ergibt sich in diesem
Punkt PI ein rein horizontales Feld. Der in den
Gleichungen auftretende Winkel ist der Winkel,
unter dem man die beiden benachbarten Röhren
sieht oder:
— arc tan ~
H
Mit D = Abstand der Röhrenreihen, H = Abstand
des Meßpunktes von der Röhrenebene.
Bei den Gleichungen (6) bis (8) wurde lediglich der
Einfluß der drei am dichtesten benachbarten Reihen
berücksichtigt, alle weiteren wurden als vernachlässigbar klein angenommen. Bezieht man die mit
den Formeln (6) bis (8) errechneten Werte auf den
eines einzelnen Röhrenleiters (4), so ergibt sich, inwieweit das Feld durch die Anwesenheit zusätzlicher Röhrenreihen verstärkt oder geschwächt wird.
Wie Tabelle 2 zeigt, ist das magnetische Feld bei
Tabelle 2. Beeinflussung des Magnetfeldes durch
mehrere parallel verlaufende Röhrenreihen (Meßpunkt
wurde unterhalb einer Reihe angenommen,
Röhrenabstand D = 188 cm)
Abstand von der Beleuchtungsebene H/cm
140
170
200
Beeinflussungsfaktoren
gleichphasig
1.71
1.90
2.06
gegen- drehstromphasig
mäßig
0.29
0.10
0.063
0.40
0.33
0.27
~
. a
., .
Beeinflussungsfaktoren
= Gleichungen . (6) bisv (8)
Gleichung (4)
Leuchtstoffröhren
mit dem Strom l
Meßebene
1
Bild 4. Zur Erklärung der in den Formeln (6) bis (16) verwandten Bezeichnungen
Im Falle der Gleichphasigkeit (alle Röhren werden
in demselben Sinne stromdurchflossen) gilt die
Gleichung (6) für Linienleiter:
B (P,) =
Bei der Aufteilung der einzelnen Phasen des Drehstromnetzes gilt die Gleichung (8):
I//
·
e rr
· V9
"·, " ' 2 d + 2 cos' )
(6)
Werden die parallel liegenden Leuchtstoffröhrenreihen alternierend vom Strom durchflossen, so
ergibt sich für diesen Fall der Gegenphasigkeit die
Gleichung (7):
B (P,) =
(7)
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
Gleichphasigkeit stets größer als das eines Röhrenleiters. Es besitzt bei einem Abstand von 200cm
etwa den doppelten Wert. Demgegenüber wird
durch Gegenphasigkeit das Feld erheblich geschwächt, es beträgt bei 140 cm nur knapp 30 °/o, bei
200cm Abstand schon nur noch 6,3 °/o. Dies rührt
daher, daß die Nachbarleiter das Feld des Leiters
oberhalb des Meßpunktes kompensieren. Bei regelmäßiger Verteilung der Leuchtstoffröhrenreihen
auf die einzelnen Phasen des Drehstromnetzes wird
das Feld ebenfalls geschwächt, jedoch nicht in dem
Maße wie bei Gegenphasigkeit.
Für den Meßpunkt ?2 in der Mitte zwischen zwei
Leuchtstoff röhrenreihen (Bild 4) ergibt sich bei
Gleichphasigkeit für die magnetische Induktion die
Gleichung (9):
*
2 cos2
B (P2)
'
y
(horizontales
Feld) (9)
7t
Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
Störungen biologischer Spannungsmessungen
Für Gegenphasigkeit gilt die Gleichung (10):
.M
B (P2) =
.T
T ..
.. ..
eff
· 2 · cos ' siny (vertikales Feld)
2 TT H
(10)
Wobei der Winkel der ist, unter dem die beiden
benachbarten Leuchtstoffröhren gegenüber der Vertikalen gesehen werden:
= arc tan
D
2H
Mit D = Abstand der Röhrenreihen voneinander,
H = Abstand des Meßpunktes von der Beleuchtungsebene.
Auch hierbei wurde wieder der Einfluß jeweils nur
der beiden nächstgelegenen Röhren berücksichtigt,
alle weiteren Röhrenreihen werden demgegenüber
vernachlässigt.
Wegen der Unsymmetrie ergibt sich für die drehstrommäßige Aufteilung ein magnetisches Feld,
das sowohl in vertikaler als auch in horizontaler
Ebene einen Anteil hat und das gegenüber beispielsweise der Phase R phasenversetzt ist. Der
maximale Scheitelwert der magnetischen Induktion ergibt sich entsprechend Gleichung (11):
B(P2) =
Mit
, · I-ff · V2
o
= arctan
TT
' V (2 cos — cos y)2 + 3
3D
2H
= arctan
(11)
2H
Hierbei wurde der Einfluß von insgesamt 4 Röhrenreihen berücksichtigt. Bezieht man die Werte der
Gleichungen (9) bis (11) auf die magnetische Induktion einer Röhrenreihe (4), so ergibt sich wieder
der Beeinflussungsfaktor durch die Anwesenheit
von mehreren Röhrenreihen (Abstand des Meßpunktes von einer Röhrenreihe ist nun H/cos y). Die
entsprechenden Faktoren sind in Tabelle 3 für ein
Tabelle 3. Beeinflussung des Magnetfeldes durch
mehrere parallel verlaufende Röhrenreihen (Meßpunkt
wurde symmetrisch zu zwei Reihen unterhalb angenommen, Röhrenabstand D = 188 cm)
Beeinflussungsfaktoren
Abstand von der Beleuchtungsebene H/cm
140
170
200
gleichphasig
.
1.66
1.73
1.80
gegen- drehstromphasig
mäßig
1.11
1.00
0.88
1.73
1.74
1.75
47
wirkung von gegenphasig durchströmten Leuchtstoffröhrenreihen am wirksamsten.
Ein Vergleich von Tabelle 2 mit Tabelle 3 zeigt,
daß bei Gleichphasigkeit das magnetische Feld in
einer Abstandsebene zur Beleuchtungsebene keinen
allzu großen Schwankungen unterliegt, dagegen
durchläuft es ausgeprägte Minima und Maxima
sowohl bei gegenphasiger als auch bei drehstrommäßiger Verkabelung. Die Lage symmetrisch zwischen zwei Leuchtstoffröhren stellt damit den ungünstigsten Fall bei derart verschalteten Röhren
dar.
Wir hatten bisher den unrealistischen Fall angenommen, daß die Stromrückführung erst in sehr
weiter Entfernung erfolgt, so daß daraus keine Beeinflussung des magnetischen Feldes resultierte.
Tatsächlich wird jedoch im Normalfall der Rückleiter dichtbenachbart zur Leuchtstoffröhre angeordnet, so daß eine derartige Stromführung wie eine
dipolmäßige Anordnung von zwei Linienleitern aufgefaßt werden kann. Da sich jedoch die Magnetfelder des Hin- und Rückleiters linear überlagern,
ergibt sich sowohl nach Orientierung des Feldes als
auch nach Beeinflussung durch Nebenleiter genau
das gleiche Ergebnis wie beim isolierten Linienleiter. Man kann nun berechnen, daß das magnetische
Feld, das in den Gleichungen (6) bis (11) umgekehrt
proportional dem Abstand H von der Beleuchtungsebene war, bei Dipolanordnungen abnimmt mit dem
Abstandsquadrat. Für einen Meßpunkt PI unterhalb einer Leuchtstoffröhre ergibt sich ein Magnetfeld bei Gleichphasigkeit:
+ 2 cos*/J · cos 2 ß) (12)
B (P,) =
Mit d = Abstand zwischen Röhrenleiter und Rückleiter.
Diese der Gleichung (6) vergleichbare Formel unterscheidet sich nicht nur in der stärkeren Abnahme
mit dem Abstand, sondern auch in der Winkelorientierung. Bei Gegenphasigkeit ergibt sich ein
Magnetfeld nach Gleichung (13), das der Gleichung
(7) entspricht:
B (PO =
T/2 · d
H2
2
(l — 2 cos 2 ß-cos 2 ß )
(13)
Bei regelmäßiger Aufteilung auf die Drehstromphasen ergibt sich bei einer Dipollinienanordnung
Gleichung (14), die der Gleichung (8) entspricht:
(14)
spezielles Beispiel aufgeführt. Man erkennt, daß
gleichphasiges oder drehstrommäßiges Anschließen
das Magnetfeld gegenüber dem einer einzelnen
Röhrenreihe steigert, wobei sich auf Grund der
unterschiedlichen Phasenlage bei Drehstrom praktisch immer eine Erhöhung um den Faktor 3 ergibt. Auch in diesem Beispiel ist die Kompensations-
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
Für einen Punkt ?2 symmetrisch zwischen zwei
Leuchtstoffröhren berechnet sich das Feld bei
Gleich- und Gegenphasigkeit mit den Gleichungen
(15 und 16):
B (P2) =
n
-- ' 2 cos*
cos 2 v
(15)
48
Bei gegenphasiger Anordnung der einzelnen Leuchtstoffröhrenreihen ergibt sich für das Magnetfeld
Gleichung (16):
B (P*) =
Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
Störungen biologischer Spannungsmessungen
Ieff 1 / 2 - d ' D
4 cos3 sin
2
2
(16)
Mit D = Abstand der Röhren voneinander.
Die wirksamste Maßnahme zur Unterdrückung von
magnetischen Feldern wird also offensichtlich durch
Kompensation erzielt. Diese Maßnahme ist umso
wirkungsvoller, je dichter benachbart die einzelnen,
Magnetfeld erzeugenden Elemente liegen. Unter
diesem Gesichtspunkt sind, was man auch meßtechnisch nachweisen kann, Ringleuchten, Leuchter
in Form einer mehreckigen Pyramide ungünstig,
weil dadurch die Entfernung zwischen Leiter und
Rückleiter erheblich vergrößert wird. Ungünstig
wirkt sich auch aus, wenn der Rückleiter gegenüber dem Röhrenleiter durch zu dickes Metall magnetisch abgeschirmt wird, da dadurch die Kompensationswirkung beeinträchtigt wird.
Erwähnt werden soll auch noch, daß man mit einer
kapazitätsarmen Spule in unmittelbarer Nähe einer
Leuchtstoffröhre ein elektromagnetisches Feld messen kann, das erhebliche Oberwellen besitzt, die
bis in die 5 MHz gehen können. BildSa zeigt ein
Beispiel, das unmittelbar an einer Röhre mit einer
Luftspule mit 15 Windungen aufgenommen wurde.
Filtert man dieses Signal in einem Tiefpaß mit
einer oberen Grenzfrequenz von, 2 KHz, so wird die
50 Hz-Grundwelle schon deutlich erkennbar (Bild 5),
während der Spulenstrom schon praktisch sinusförmig ist (Bild 5c). Die höherfrequenten Anteile,
die im Wesentlichen oberhalb von 2 KHz anzutreffen sind, dürften sich im allgemeinen bei EKG- und
EEG-Messungen nicht störend bemerkbar machen.
Bei empfindlichen und breitbandigen Messungen
sollte man diese Störmöglichkeit jedoch im Auge
behalten.
Daß ein defekter Starter oder eine flackernde
Leuchtstoffröhre impulsartige Störungen erheblicher Intensität verursachen kann, ist bekannt,
hierauf soll nicht weiter eingegangen werden.
Es wurde auch der Frage nachgegangen, inwieweit
- £merDrossel akustisch stören kann. In einem schallarmen Raum mit einem Geräuschpegel von 35 dB,
ergab eine Mikrophonmessung unmittelbar an der
Drossel eine Zunahme um 2 dB. Bei einer Entfernung von etwa
l m konnte dieser Einfluß bereits
t
nicht mehr nachgewiesen werden.
Diskussion
Drosseln bei Leuchtstoffröhren erzeugen ein Magnetfeld, das in einem Abstand von mehr als einem
Meter stärker abnimmt als der Reziprokwert des
Abstandsquadrates. Man kann daher mit Hilfe der
Tabelle l abschätzen, daß die magnetische Induktion
in einer Entfernung von 140 cm und mehr kleiner
als 0,6 mG sein muß.
tsi
R/S/T
MP
Dr 2
1
p
"^=1
1
p
-*
Ll
L2
]
n
K
n
K
|
L - Leuchtstoffröhre
D = Drossel
Bild 6. Dipolartige Anordnung von Leuchtstoff röhren und
Drosseln. Die Feldkompensation ist umso wirksamer je geringer der Abstand D der Röhren und Drosseln voneinander ist
Bild 5. Induzierte Störspannungen
a) ungefiltert, obere Grenzfrequenz 500 KHz, vertikal 10 mV,
horizontal 5 ms/Skt, b) Filterung mit einer oberen Grenzfrequenz von 2 KHz, vertikal l mV, horizontal 10ms/Skt, c) Oszillogramm des Spulenstroms gemessen mit einer Stromzange,
Tektronix, P—6042, vertikal 0,5 A, horizontal 10 ms/Skt
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM
Um einen minimalen Störpegel zu erreichen, sollte
man Beleuchtungssysteme wählen, die aus zwei
dichtbenachbarten gegenphasig geschalteten Leuchtstoffröhren entsprechend Bild 6 bestehen. Wie die
Gleichungen (13) und (16) zeigen, geht das Störfeld
sehr schnell gegen Null. Wir haben tatsächlich an
einer derartigen Anordnung ein Magnetfeld im
Abstand von 20 cm von 0,24mG gemessen. Für die
dicht benachbarten gegensinnig geschalteten Drosseln kann ebenfalls wegen der Quadrupoleigen-
Biomedizinische Technik
Band 21
Heft 2/1976
Frequenzspektren registrierter Arterienpulse
schaft eine stärkere Abnahme und zwar mit der
dritten Potenz angenommen werden. Wir haben
in einem Abstand von 70 cm nur noch ein Feld von
0,24 mG messen können, also ein Zehntel dessen
einer einzelnen Drossel.
Unsere Untersuchungen und Berechnungen widerlegen die immer wieder geäußerte Ansicht, daß aus
Meßräumen die Drosseln von Leuchtstoffröhren
herauszuziehen seien. Ihr Anteil am Magnetfeld ist
nicht größer als der, der von Meßgeräten selbst erzeugt wird. Es entzieht sich unserer Kenntnis, warum man besagte Empfehlung ausgesprochen hat.
Vielleicht waren die Drosseln in den Anfangs jähren
so schlecht, daß das von ihnen erzeugte Streufeld
erheblich höher lag als das der heutigen Drosseln.
Es ist auch möglich, daß eine nichtvergossene Drossel, bei der sich das geschichtete Kernpaket lockert,
zu höherem Streuflüssen führen kann. Aus diesem
Grunde aber den großen Aufwand der Drosselverlegung treiben zu wollen, halten wir für unangebracht, da es bei der heutigen Technik doch mög-
49
lich sein muß, derartige Erscheinungen zu verhindern. In jeden Falle sollte man Leuchtstoffdrosseln,
wenn sie einen hörbaren Brummton erzeugen, auf
ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüfen. Eine
derartige Maßnahme ist auch schon deswegen angebracht, weil dadurch Mikrophonmessungen beeinträchtigt werden könnten.
Aus Meßgründen sollten flackernde Leuchtstoffröhren und defekte Starter ausgewechselt werden,
sie erzeugen sehr schwer beherrschbare Störimpulse. In der Nähe von Leuchtstoffröhren muß man
im Bereich oberhalb von 2 KHz mit hochfrequenten
Störungen rechnen, die durch den Entlademechanismus innerhalb der Leuchtstoffröhre erzeugt werden.
290
Anschrift der Verfasser:
Priv.-Doz. Dr.-Ing. W. Irnich
A. Johnen
Abteilung Innere Medizin I
der RWTH Aachen
Goethestraße 27/29
5100 Aachen
Biomed. Techn.
21 (1976), S. 49—55
Th. Pasch
R. D. Bauer
R. Busse
Frequenzspektren direkt und unblutig registrierter
Arterienpulse
Frequency spectra of directly and noninvasively recorded
arterial pulses
Aus dem Institut für Physiologie und Kardiologie der Universität Erlangen-Nürriberg
Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit transkutan (unblutig) registrierter arterieller
Pulse wurde im Tierexperiment überprüft, indem gleichzeitig mit solchen Pulsen
Druck- und Flußkurven direkt aufgenommen wurden. Die transkutanen Druckpulse
wurden als Sphygmogramme und die transkutanen Flußpulse als Ultraschall-Dopplerpulse registriert. Um eine dynamisch ausreichende Registrierung zu gewährleisten,
wurden die letzteren aus einer Serie von Einzelpulsen, die bei stationärem Kreislaufzustand mit hoher oberer Grenzfrequenz aufgezeichnet waren, durch elektronische
Mittelung (averaging) gewonnen. Das Ergebnis der von den R-Zacken des EKG
getriggerterr Mittelung erwies sich als weitgehend unabhängig von atemsynchronen
Schwankungen der systolischen Zeitintervalle. Aus dem Vergleich der Frequenzspektren der direkt und der unblutig aufgenommenen Pulse ergab sich, daß die
Registriertreue der unblutigen Verfahren im Bereich unter etwa 10 Hz für genaue
hämodynamische Untersuchungen ausreicht.
In the experimental animal, the accuracy and reproducibility of noninvasivelyrecorded arterial pulses were assessed. Sphygmograms and ultrasonic Doppier pulses
äs well äs directly-recorded pressure and flow pulses were obtained simultaneously
from the same site on'the respective arteries. In Order to obtain an adequate frequency response, the Doppier pulses were computed by electronic .averaging of a
series of individual Doppier pulses. These pulses were picked up with a high upper
frequency limit under steady-state conditions of circulation. The R-wave of the ECG
was used äs the triggering pulse. The result of the averaging procedure proved to be
virtually independent of respiratory changes in the systolic time intervals. A comparison of the frequency spectra of the directly and the indirectly-recorded pulses
revealed that, for haemodynamic purposes, the noninvasive methods were sufficiently
accurate in the frequency ränge up to 10 Hz.
Unauthenticated
Download Date | 5/11/16 7:17 PM