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Jede Muskelaktivität kommt durch elektrische Aktionspotentiale der
Muskelnervenfasern zustande. Diese bioelektrischen Signale können
mittels Elektroden gemessen, anschliessend verstärkt, gefiltert und
für Forschungszwecke genutzt werden. Sie eignen sich aber ebenso für
EMG-Biofeedback-Anwendungen. Als Feedbackmethoden kommen meist
akustische und optische zum Einsatz. EMG-Biofeedback wird bei gewissen
Myopathien (Muskelerkrankungen) therapeutisch erfolgreich eingesetzt.
Zwei solcher Fälle habe ich bei einem Einsatz im Zürcher
Universitätsspital in den 1970er-Jahren mit einem von mir gebauten
zweikanaligen EMG-Biofeedback-Gerät mitbetreut. In beiden Fällen konnten
signifikante Verbesserungen der Gesundheit der Patienten festgestellt
werden.
In diesem P&S baut jeder Teilnehmer selbst ein einfaches
einkanaliges EMG-Biofeedback-Gerät, das solche bioelektrische Signale
an der Hautoberfläche aufnimmt, verstärkt, filtert und mittels
Spannungs/Frequenz-Wandlung in hörbare akustische Signale umsetzt.
Das EMG-P&S besteht aus einem Einführungsnachmittag, wo das
grundlegende Wissen über EMG
vermittelt und die Grundlagen für die Schaltung gezeigt werden. In den
folgenden Nachmittagen baut jeder Teilnehmer sein Gerät und am Schluss
vertiefen wir uns noch speziell in die Elektronik, welche gebaut worden
ist. In den Wochen dazwischen und an einem speziellen Nachmittag
bereiten sich die Teilnehmer in Zweiergruppen für ihre Präsentation vor.
Die Arbeit in den Wochen dazwischen besteht durch das allmähliche
Lesen der notwendigen Unterlagen als Hausaufgabe. Sinn dieses Lesens
ist die persönliche Sensibilisierung für die Elektronik-Inhalte. So gut
es mir möglich ist, unterstütze ich diese Vorgehensweise per
E-Mail-Kontakte, wenn etwas nicht verstanden wird. Nachdem die Geräte
fertig gebaut sind, findet ein gemeinsamer Vorbereitungsnachmittag für
die Präsentationen in Zweiergruppen statt. An diesem Nachmittag stehe
ich für alle Fragen und Unsicherheiten zur Verfügung. Danach gibt es
eine Pause von zwei Wochen, die dazu dient, dass die Zweiergruppen
ausreichend Zeit haben sich vollständig für die Präsentationen fertig
vorzubereiten. Die Präsentationen der einzelnen Zweiergruppen beträgt
je etwa 10 bis 15 Minuten. Dabei sind diese 15 Minuten keine strenge
Obergrenze...
Diese Worte können bei dem einen oder andern Teilnehmer den Eindruck
erwecken, dass enorm viel Arbeit auf ihn zukommt. Dem ist keineswegs so.
Ich weiss, dass der Lernstress in den letzten Jahren stark zugenommen
hat. Ich werde diese Situation selbstverständlich berücksichtigen. Es
geht in diesem EMG-P&S nicht darum aus den Studenten im 3. oder 4.
Semester perfekte Elektroniker zu machen. Das wäre zu unrealistisch. Es
geht darum, in groben Zügen die Eigenschaften der vewendeten
elektronischen Bauteile und die einzelnen Funktionen der gesamten
Schaltung zu verstehen lernen.
Diejenigen Teilnehmer dürfen das Gerät behalten, welche an der
Präsentation aktiv mitwirken. Eine Bewertung (Noten) der einzelnen
Präsentationen gibt es nicht. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass sich
der Einsatz in diesem Rahmen lohnt: Der Teinehmer lernt praxisnah
elektronische Schaltungtechnik, die ihm für das weitere Studium der
Elektrotechnik sehr nützlich ist.
Diese Seite, mit vielen Links zu meinen Elektronikminikursen, ist
wichtiger integrierender Bestandteil des EMG-P&S am ISI (ETH-Zürich).
Die angegebenen Links werden zum Studium unbedingt benötigt! Wenn Du
diese Zeilen zum ersten Mal liest, empfehle ich Dir, bereits vor Beginn
des EMG-P&S in diese Links ein wenig hinein zu gucken, und so wie es
Deine Zeit zulässt, etwas drin herum zu lesen. So kriegst Du schon jetzt
ein wenig den Eindruck, welches Spektrum an analoger Schaltungstechnik
Du erlernen kannst. Das gilt auch für die Zeit danach, wenn das EMG-P&S
längst vorbei ist. Diese Elektronik-Minikurse können für Dich, je
nachdem welchen Weiterbildungsweg Du einschlägst, weiterhin nützliche
und sehr praxisorientierte Helfer sein. Vor allem dann, wenn Du eine
Idee praktisch umsetzen willst.
Herzlich willkommen im EMG-P&S!
Die EMG-Forschungstätigkeit des Institutes für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI) der ETH Zürich, ursprünglich in Zusammenarbeit mit der neurologischen Klinik des Universitätspitales Zürich (USZ), und aktuell mit dem Sensory-Motor-Systems Lab (SMS), genauer Arbeits- und Organisationspsychologie (PD Dr. Th. Läubli) der ETH Zürich, dauert mit Unterbrüchen mehr als ein Vierteljahrundert. Die EMG-Forschung am ISI hat eine lange Tradition. Bestätigt wird dies auch durch eine Liste von Papers von 1982 bis 2006.
Die Zusammenarbeit besteht z.Z. meinerseits aus der Betreuung der
Geräte,
welche ich zur intramuskulären Messungen elektromyographischer
Signale mit feinen Drahtelektroden entwickelt und gebaut habe.
Im Manual EMG-BioFeedbackDevice / P&S ETHZ wird nur soviel
Elektronikwissen vermittelt, wie es in meinen
Elektronik-Minikursen
nicht vollständig ist. Im Text und im Schaltschema des Gerätes im Manual
wird mit eckigen Klammern auf meine zutreffenden Elektronik-Minikurse im
ELKO hingewiesen. Diese Elektronik-Minikurse, im Stile von Workshops,
muss man unbedingt lesen! Sie wurden bis vor wenigen Semestern am
Einführungsnachmittag auch in ausgedruckter Form abgegeben.
Wichtiger Hinweis:
Da es je länger desto mehr üblicher ist, dass Studenten ihre mobilen
Laptops an die ETH mitnehmen, werde ich eine
ZIP-Datei mit allen nötigen Elektronik-Minikursen mit
der Einführungs-E-Mail im Anhang versenden. Ich habe mich im
Frühjahrs-Semester 2010 bei meinen P&S-Teilnehmern erkundigt, ob dies
eine realistische Alternative wäre. Dies wurde einstimmig bejaht.
Dadurch kann in Zukunft massiv Papier gespart werden und der
Arbeitsaufwand für die Vorbereitung des EMG-P&S reduziert sich deutlich.
. . . . . . . . . . . . . . Wie es zur Zusammenarbeit des EMG-P&S
und des ELKO kam, werde ich am Einführungsnachmittag erläutern.
. . . . . . . . . . . . . .
Diesen Abschnitt bitte konzentriert lesen: Ein Beispiel soll
illustrieren wie die Bild/HTM-Text-Zuordnung zu verstehen ist: Im
Schaltschema "Die Schaltung" im Manual sieht man oben links das
Teilschema des Instrumentationsverstärkers (Instrumentation-Amplifier)
mit der Bezeichnung [HTM1]. Ein paar Abschnitte unterhalb dieses
Schaltschema hat es einen Satz wo man ebenfalls [HTM1] liest. Auf
dieser Seite hier, etwas weiter unten, sieht man bei den ersten fünf
Links die Bezeichnungen [HTM1a,1b,1c], [HTM1a,1b,1c], [HTM1a],
[HTM1b], [HTM1c]. Dies bedeutet folgendes: Jede Schaltung eines
Instrumentationsverstärkers hat mit Operationsverstärkern zu
tun. Daraus resultiert: Wenn etwas über Instrumentationsverstärker
gelesen werden muss, gehört unbedingt auch das Grundverständnis (und
etwas Praxis) der Operationsverstärkertechnik dazu. Die Feineinteilung
in a, b und c gibt es allerdings nur in [HTM1]. Bei [HTM2] bis [HTM6]
sind die Bild/HTM-Text-Zuordnungen einfacher. [HTM2] erkennt man in
der Schaltung beim Ueberspannungsschutz mit den Dioden und auf dieser
Seite unter dem Link "Ueberspannungsschutz von empfindlichen
Verstärkereingängen".
Es folgen die Links, welche in enger Beziehung zum EMG-P&S stehen:
Je nachdem welches Grundlagenwissen im Bereich der elektronischen Schaltungstechnik und elektronischen Bauteilen der EMG-P&S-Praktikant mitbringt oder nicht, kann er sich in verschiedenen Rubriken schlau machen. Meine Empfehlungen sind:
Da wir uns in diesem Projekt intensiv mit Operationsverstärkern
befassen, möchte ich an dieser Stelle etwas Literatur empfehlen, die
sowohl Theorie beinhaltet, aber auch die praktische Umsetzung
fokussiert. Das Problem ist allerdings, dass es einige dieser Bücher
nicht mehr gibt und dann höchstens noch in Bibliotheken zur Verfügung
stehen. Sicher ist, dass es das erstgenannte Buch (von Tietze/Schenk)
auch noch heute mit neuen Auflagen geben wird. Die Beliebtheit ist
enorm. Ich denke, dass ebenso das zweite genannte Werk (von Nührmann), das drei
Bücher umfasst, noch lange geben wird. Die genannten ELKO-Bücher können
jederzeit durch
Das ELKO (siehe auch Links unten)
bestellt werden. Die anderen Bücher musst Du bei Interesse selbst
evaluieren.
Upgrades: 13.05.2002 ; 04.06.2002 ; 16.07.2002 ; 23.08.2002 ; 27.10.2002 ; 07.02.2003 ; 10.03.2003 ;14.03.2003(dasELKO) ; 27.03.2003 ; 10.04.2003 ; 11.07.2003 ; 14.09.2003 ; 19.03.2004 ; 30.04.2004 ; 12.07.2004 ; 06.09.2004 ; 08.10.2004 ; 30.12.2004 ; 13.01.2005 ; 24.05.2005 ; 06.06.2005 ; 16.08.2005 ; 08.11.2005 ; 30.01.2006 ; 17.02.2006 ; 05.12.2006 ; 20.04.2007 ; 26.09.2007 ; 01.11.2007 ; 08.11.2007 ; 07.12.2007 ; 13.02.2008 ; 03.04.2008 ; 18.09.2008 ; 27.09.2009 ; 26.04.2010 (NEU: Unterlagen als ZIP-Datei) ; 05.08.2010 ; 20.12.2010 ; 01.08.2011 ; 15.09.2012 (PPS->P&S) ; 11.10.2013 ; 22.09.2014
Thomas Schaerer
Institut für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI)
ETH-Zentrum
CH-8092 Zürich
Schweiz
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