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ivanov666
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Файл:Немецкий язык для магистров технического профиля. Учебное пособие
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chung der oberen Schichten der Erdkruste;
Radar zur Fernerkundung und militärischer Aufklärung, um
am Boden bei schlechter Sicht Einzelheiten erkennen zu kön-
nen;
Artillerieradar, zur Feuerkorrektur der eigenen Artillerie
und Raketen sowie der Ortung der feindlichen Artilleriestellungen;
Radarastronomie: Messung der Astronomischen Einheit
durch Bahnbestimmung von Planeten und Asteroiden, Kartierung dieser Körper sowie Aufspüren und Verfolgen von
Weltraummüll;
Wetterradar, Erkennung und Ortung von Schlechtwetter-
fronten, Messung der Windgeschwindigkeit;
Radar-Bewegungsmelder zur Überwachung von Gebäuden
und Gelände, z. B. als Türöffner oder Lichtschalter;
Radargeräte zur Messung der Geschwindigkeit im Stra-
ßenverkehr;
Kfz-Technik: radarbasierte Abstandshalter ACC (Adaptive
Cruise Control) bzw. ADC, Kopplung mit Notbremsfunktion
in PSS1 bis PSS3 (Predictive Safety System), Nahbereichsfunktionen wie Abstandswarner und automatisches Einparken (24 GHz, Kurzpuls im Bereich 350 – 400 Pikosekunden,
sowie im 77–79-GHz-Band);
Auch Züge messen Wegstrecke und Geschwindigkeit mit
Doppler-Radargeräten (im ISM-Band um 24 GHz);
Radarsensoren als Bewegungs- oder Füllstandsmelder;
Bioradar zur Detektion von lebenden Personen und deren
Körperbewegung, wie beispielsweise bei Verschütteten in
Lawinen, auf Distanzen von einigen Metern;
Windenergie: zur Detektierung von Luftfahrzeugen, um die
als störend betrachtete, nächtliche Luftfahrthindernisbefeuerung der Anlagen zu mindern. Geplant ist der Einsatz von
gepulsten L- und X-Band Radarsystemen.
Nach dem Zweiten Weltkrieg kam auch die Lenkung radar-
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gesteuerter Waffen wie Flugabwehrraketen dazu. Außerdem wurde
das Radar auch für die zivile Schiff- und Luftfahrt eingesetzt. Die
heutige Passagierluftfahrt wäre ohne Luftraumüberwachung durch
Radar nicht denkbar. Auch Satelliten und Weltraumschrott werden
heute durch Radar überwacht.
Als die Radargeräte leistungsfähiger wurden, entdeckte auch
die Wissenschaft diese Technik. Wetterradargeräte helfen in der
Meteorologie oder an Bord von Flugzeugen bei der Wettervorhersage. Mittels großer Stationen können vom Boden aus Radarbilder
vom Mond, der Sonne sowie einigen Planeten erzeugt werden.
Umgekehrt kann auch die Erde vom Weltraum aus durch satellitengestützte Radargeräte vermessen und erforscht werden.
Aktive Radargeräte werden in bildgebend und nicht bildge-
bend eingeteilt. Ferner unterscheidet man zwischen Impuls- und
Dauerstrichradargeräten sowie zwischen mono- und bistatischen
Anlagen; bei letzteren sind Sender und Empfänger räumlich getrennt, was auf astronomische Entfernung eine höhere Empfind-
lichkeit erlaubt. Radarsender sind mittels Peilempfängern erkennund ortbar.
Als Primärradar werden Pulsradar-Geräte bezeichnet, die
ausschließlich das passiv reflektierte Echo des Zieles auswerten.
Es lassen sich neben der Entfernung auch die radiale Geschwin-
digkeit der Objekte und deren ungefähre Größe ermitteln. Auswertung reflektierter Oberwellen erlaubt Rückschlüsse auf den
Flugzeugtyp.
Ein Sekundärradar umfasst ebenfalls ein Impulsradargerät,
jedoch befinden sich an den Zielobjekten Transponder, die auf die
Pulse reagieren und ihrerseits ein Signal zurücksenden. Hierdurch
erhöht sich die Reichweite, die Objekte sind identifizierbar und
können ggf. weitere Daten zurücksenden.
Peilempfänger, die die Quelle von Funkwellen (von Radarund anderen Geräten und deren Störabstrahlung) zu militärischen
Zwecken orten können, nennt man auch passives Radar. Ein passi-
ves Radar ist daher nicht anhand seiner Funkwellenaussendung zu
entdecken.
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Eine weitere Art von Radargeräten die nur schwer zu entde-
t
c
r
2
cken sind, ist das Rauschradar welches lange Pulse aussendet welche wie zufällige Störstrahlung aussehen.
Impulsradar
Ein Pulsradargerät sendet Impulse mit einer typischen Dauer
im unteren Mikrosekundenbereich und wartet dann auf Echos. Die
Laufzeit tdes Impulses ist die Zeit zwischen dem Senden und
dem Empfang des Echos. Sie wird zur Entfernungsbestimmung
genutzt. Für die Entfernung rgilt der Zusammenhang:
Die Gruppengeschwindigkeit cist näherungsweise gleich der
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, da der Brechungsindex von
Luft für Radiowellen sehr nahe an 1 ist. Je nach Reichweite des
Radargerätes wird nach einem gesendeten Impuls einige Mikrobis Millisekunden lang empfangen, bevor der nächste Impuls
ausgesendet wird.
Auf dem klassischen Radarschirm beginnt die Auslenkung
mit dem Sendeimpuls. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der
elektromagnetischen Wellen im Raum ist maßstabsgerecht mit der
Anzeige. Wird ein Echo empfangen, dann ist der Abstand des
Echoimpulses auf dem Sichtgerät ein Maß für die Entfernung des
reflektierenden Objektes (hier: des Flugzeugs) zum Radargerät.
Pulserzeugung. Um in Pulsradar-Geräten die hohen Sendeleistungen im Megawattbereich zu erzeugen, welche zur Ortung
z.B. über einige 100 km nötig sind, werden auch heute Magnetrons
verwendet. Dazu wird ein Magnetron z.B. Mitte s Trigatron, Thyratron oder neuerdings auch Halbleiterschaltern gepulst betrieben.
Da sich die Sendefrequenz eines Magnetrons in Abhängigkeit von Temperatur und Betriebszustand ändern kann, wird bei
Messungen der relativen Radialgeschwindigkeit die Frequenzreferenz beim Empfang aus der Sendefrequenz abgeleitet.
Stationäre Pulsradargeräte erreichten Leistungen bis zu 100
MW als Spitzenimpulsleistung. Moderne Radargeräte benötigen
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für Reichweiten von mehreren 100 km sehr viel weniger Energie
und senden teilweise Pulse mit einer Pulsleistung unter einem Megawatt.
Bei der Verwendung vieler kleiner, in Verbund arbeitender
Sender oder bei Geräten mit aktiven Phased-Array-Antennen kann
auf die Röntgenstrahlen aussendenden Schaltröhren verzichtet
werden.
Richtungsbestimmung. Dreht man die Antenne eines Pulsradars, erhält man ein Rundsichtradar. Die scharfe Richtcharakteristik der Antenne wirkt sowohl beim Senden als auch beim
Empfang. Aus der Abhängigkeit der Stärke des Echos von der
Orientierung der Antenne kann sehr genau die Richtung bestimmt
werden. Bekannteste Anwendungsgebiete eines solchen Rundsichtradars sind Luftraumüberwachung und Wetterradar.
Ein Flughafen-Rundsicht-Radar (ASR, Airport Surveillance
Radar) kombiniert meist ein Primärradar mit einem
Sekundärradar. Neben der allgemeinen Luftraumüberwachung hat
es vor allem die Aufgabe, dem Anfluglotsen ein genaues Bild der
Luftlage rund um den Flughafen zu liefern. Die Reichweite eines
ASR beträgt üblicherweise 60 sm.
Ein Anflugradar besteht aus jeweils einer waagerecht und
einer senkrecht bewegten Antenne und ermöglicht, Anflugwinkel,
Anflugrichtung und Anflughöhe landender Flugzeuge zu bestim-
men. Der Pilot erhält die Korrekturhinweise über Funk vom
Bodenpersonal oder er hat ein Anzeigeinstrument an Bord,
welches Abweichungen passiv anhand der empfangenen Radarimpulse angibt. Solche Instrumentenlandungen oder Blindlandungen sind besonders bei schlechter Sicht oder bei aus
militärischen Gründen unbefeuerter oder getarnter Landebahn von
Bedeutung. Kurz vor dem Aufsetzen ist jedoch Bodensicht
erforderlich.
Das bodengestützte STCA-System (Short Term Conflict
Alert) zur Kollisionsvermeidung verwendet das Luftraumüberwachungsradar. Es berechnet aus der Flugspur (Track) von
Luftfahrzeugen die Wahrscheinlichkeit eines nahen Vorbeifluges
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(near miss) oder gar Zusammenstoßes und warnt optisch und akustisch den Fluglotsen.
Das Schwenken des Abtaststrahles eines Impulsradars kann
statt durch die Ausrichtung der Antenne auch elektronisch durch
phasengesteuerte Antennenarrays bewirkt werden. Damit können
in schnellem Wechsel mehrere Objekte angepeilt und quasi
simultan verfolgt werden.
Das Synthetic Aperture Radar erreicht eine hohe, entfer-
nungsunabhängige Auflösung in Azimut. Die erforderliche Aper-
turgröße wird rechnerisch aus der realen Apertur einer kleinen,
bewegten Antenne zusammengesetzt. Dazu muss die Bewegung
der Antenne relativ zu dem beobachteten (starren) Objekt genau
bekannt und die Phase der ausgesendeten Impulsekohärent
zueinander sein. Erdsatelliten und Raumsonden verwenden solche
Systeme zur Vermessung von Geländeprofilen.
Radarbaugruppen im Impulsradar. Die Antenne ist eines
der auffälligsten Teile der Radaranlage. Die Antenne sichert durch
das Antennendiagramm und ggf. eine Drehbewegung die erforderliche Verteilung der Sendeleistung im Raum. Die Antenne wird
meist im Zeitmultiplexbetrieb verwendet. Während der Empfangszeit empfängt sie dann die reflektierte Energie.
Das Antennendiagramm muss sehr stark bündeln, damit ein
gutes laterales und vertikales Auflösungsvermögen erreicht wird.
Das Entfernungs-Auflösungsvermögen wird dagegen durch die
Impulsdauer bestimmt. Im Falle einer mechanischen Raumabtastung wird die Antenne gedreht oder hin- und hergeschwenkt.
Diese Bewegung kann ein erhebliches mechanisches Problem
bereiten, weil die Antennenreflektoren bei großen Wellenlängen
bzw. hoher Bündelung sehr große Dimensionen erreichen. Bei
Radargeräten sind folgende Antennenbauformen üblich:
Passive Phased-Array-Antennen;
Active Electronically Scanned Array (AESA), wie vor, je-
doch mit aktiver elektronischer Ansteuerung der Einzelelemente, elektronische Strahlschwenkung, Zielverfolgung;
Parabolantennen;
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Modernere Radargeräte mit Multifunktionseigenschaften
verwenden immer eine Phased-Array-Antenne, ältere Gerätesysteme meist die Parabolantenne, die zur Erzeugung eines
Cosecans²-Diagramms von der idealen Parabolform abweicht.
Radarsender. Eine in älteren Radargeräten, jedoch auch
heute verwendete. Senderbauart sind selbstschwingende ImpulsOszillatoren, die aus einem Magnetron bestehen. Das Magnetron
wird durch einen Hochspannungsimpuls gespeist und erzeugt einen Hochfrequenz-Impuls hoher Leistung (0,1…10 µs, Leistung
einige kW bis einige MW). Der Hochspannungsimpuls für das
Magnetron wird durch einen Modulator (Schaltröhre oder heute
auch Halbleiterschalter mit MOSFET) bereitgestellt. Dieses Sendesystem wird auch POT (Power-Oszillator-Transmitter) genannt.
Radargeräte mit einem POT sind entweder nicht kohärent oder
pseudokohärent.
Ein in moderneren Radargeräten verwendetes Konzept ist
der PAT (Power-Amplifier-Transmitter). Bei diesem Sendersystem wird in einem Generator der fertige Sendeimpuls mit
kleiner Leistung erzeugt und dann mit einem Hochleistungsverstärker (Amplitron, Klystron, Wanderfeldröhre oder HalbleiterSendermodulen) auf die nötige Leistung gebracht. Radargeräte mit
einem PAT sind in den meisten Fällen vollkohärent und können
deshalb besonders gut zur Erkennung von bewegten Objekten
durch Ausnutzung der Doppler-Frequenz eingesetzt werden.
Empfänger. Der Empfänger nutzt meist die Sendeantenne
und muss daher vor dem Sendeimpuls geschützt werden, Das ge-
schieht mit Zirkulatoren, Richtkopplern und Nulloden. Der Empfang erfolgt mit dem Überlagerungsprinzip, früher wurde als Os-
zillator ein Reflexklystron verwendet, zur Mischung und Demodulation dienten koaxial aufgebaute, in Hohlleiter eingeschraubte
Spitzendioden. Heutige Empfänger arbeiten vollständig mit Halb-
leitern und sind in Streifenleitertechnik aufgebaut.
Dauerstrichradar (CW-Radar)
Ein CW-Radar (CW für engl. continuous wave – Dauersen-
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der) konstanter Frequenz kann keine Entfernungen messen, aber
über die Richtwirkung seiner Antenne den Azimut zu einem Ziel.
Es wird zur Geschwindigkeitsmessung genutzt. Dabei wird die
über eine Antenne abgestrahlte Frequenz vom Ziel (beispielsweise einem Auto) reflektiert und mit einer gewissen DopplerVerschiebung, also geringfügig geändert, wieder empfangen. Da
nur bewegte Objekte erkannt werden, fehlen störende Einflusse
von Festzielen. Durch einen Vergleich der gesendeten mit der
empfangenen Frequenz (Homodyne Detektion) kann die radiale
Geschwindigkeitskomponente bestimmt werden, die um einen
Kosinusfaktor kleiner ist als der Betrag des Geschwindigkeitsvektors.
An Schienenfahrzeugen werden Geschwindigkeitssensoren
nach diesem Prinzip eingesetzt, sie strahlen schräg ins Gleis-
bett. Die erforderlichen Sendeleistungen sind sehr gering und
werden oft mit Gunn-Dioden erzeugt.
Erste Radargeräte der Verkehrspolizei waren ebenfalls Dau-
erstrichradar-Geräte. Da sie keine Entfernung messen konn-
ten, arbeiteten sie noch nicht automatisch.
Flugabwehr-Radargeräte mit Doppler-Erfassungsradar, wie
das AN/MPQ-55 (CWAR), erkennen ihr Ziel auch bei star-
ker Düppel-Störung.
Radar-Bewegungsmelder arbeiten ebenfalls nach diesem
Prinzip, sie müssen jedoch hierzu auch langsame Änderun-
gen der Empfangsfeldstärke aufgrund sich ändernder Interfe-
renzverhältnisse registrieren können.
Moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar). Eine
weiterentwickelte Art sind die FMCW (frequency modulated con-
tinuous wave) Radargeräte, auch Modulated CW-Radar oder FM-
Radar. Sie senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Die
Frequenz steigt entweder linear an, um bei einem bestimmten Wert
abrupt wieder auf den Anfangswert abzufallen (Sägezahnmuster),
oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Änderungs-ge-
schwindigkeit. Durch die lineare Änderung der Frequenz und
durch das stetige Senden ist es möglich, neben der Differenzge-
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schwindigkeit zwischen Sender und Objekt auch gleichzeitig deren
absolute Entfernung voneinander zu ermitteln. Radar-Fallen der
Verkehrspolizei arbeiten auf diese Weise und lösen bei Geschwindigkeitsüberschreitung bei einer bestimmten Entfernung zum Ziel
den Fotoblitz aus. Radar-Höhenmesser von Flugzeugen und Abstandswarngeräte in Autos arbeiten nach diesem Prinzip. Diese
Technologie wird auch für Rundsichtradar im marinen Bereich
eingesetzt (Broadband Radar). Eine Nutzung dieses Broadband-
Radars zur Luftraumaufklärung ist nicht möglich, da die Dopplerfrequenz von Flugzeugen zu groß ist und dadurch Messfehler von
bis zu mehreren Kilometern entstehen. Ursache dafür ist die verwendete sägezahnförmige Modulation, wegen der das Broadband
Radar nicht zwischen Frequenzdifferenz verursacht durch Laufzeit
und Frequenzdifferenz verursacht durch Doppler-Effekt unterscheiden kann.
FMCW-Radare werden außerdem in industriellen Anwendungen zur Abstandsmessung und zur Messung von Füllstandshöhe in Tanks eingesetzt.
MEDIZINTECHNIK
Apparatemedizin
Apparatemedizin oder Gerätemedizin ist ein Begriff für die
von Personen mit medizinischen Berufen ausgeübte technikorientierte Arbeit, die von modernen Geräten dominiert ist und
subjektive Belange des Patienten vernachlässigt. Je nach Kontext
können dabei Großgeräte wie Kernspintomographen oder Linear-
beschleuniger zum Einsatz kommen, die komplexe Technikausstattung von Intensivstationen, oder aber die Gesamtheit der
Hilfsmittel, die die Medizintechnik, Biomedizin, medizinische Informatik, Medizinphysik, Biophysik, Biotechnologie, Gentechnik,
und die Ingenieurswissenschaften zur Krankenversorgung und Gesundheitsvorsorge beigetragen haben. Apparatemedizin und ihre
Kosten sind häufig Gegenstand gesellschaftlicher Debatten; Das
Interesse der Bevölkerung um Apparatemedizin wird als sehr hoch
eingeschätzt.
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Technische Apparate wie Röntgengeräte dehnen die Wahrnehmungs- und Handlungsmöglichkeiten der Ärzte aus; sie erlauben Diagnosen und Behandlungen in hoher Genauigkeit; gleichzeitig beeinflussen sie durch ihre Verfügbarkeit stark die Organisation und den Standardisierungsgrad der medizinischen Abläufe.
Wie auch die Technik des Alltags determinieren die medizinischen
Geräte das Umfeld mit, in dem sie entstanden sind; beispielsweise
hat sich aus der Weiterentwicklung der chirurgischen und anästhe-
siologischen Technik eine Subspezialisierung der miteinander interagierenden Fachleute im Operationssaal ergeben, die noch vor
wenigen Jahrzehnten undenkbar schien. Diese gegenseitigen Erweiterungen, Einschränkungen und Abhängigkeiten von Mensch
und Technik sind ein Forschungsgebiet der soziologischen Technikforschung.
Vielfach wird der Begriff Apparatemedizin auch verwendet,
um Kritik an einer als zu technikbestimmt, patientenfern empfundenen Medizin auszudrücken, etwa bei der Kostendiskussion im
Gesundheitswesen, im Umfeld der Sterbehilfe-Diskussion oder in
Stellungnahmen zur Fertilisierungsmedizin. In diesem Zusammenhang wird die Apparatemedizin oft der sogenannten sprechenden
Medizin gegenübergestellt, die den persönlichen Arzt-Patienten-
Kontakt als Ausdruck menschlicher Zuwendung betont. Dabei
geht es auch um finanzielle Verteilungskämpfe unter den medizinischen Leistungserbringern.
Medizintechnik, auch biomedizinische Technik genannt, ist
die Anwendung von ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien und
Regeln auf dem Gebiet der Medizin. Sie kombiniert Kenntnisse
aus dem Bereich der Technik, besonders dem Lösen von Problemen und der Entwicklung, mit der medizinischen Sachkenntnis der
Ärzte, der Pflegefachleute und anderer Berufe, um die Diagnostik,
Therpie, Krankenpflege, Rehabilitation und Lebensqualität kranker
oder auch gesunder Einzelpersonen zu verbessern. Im Englischen
sind die Begriffe (bio-)medical engineering und (bio-)medical
technology verbreitet.
Krankenhaustechnik (englisch: Clinical Engineering) ist ein
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Teilbereich der Medizintechnik, der sich mit medizinischen Geräten und Medizinprodukten im Krankenhaus beschäftigt. Die Auf-
gaben eines Ingenieurs in diesem Bereich sind die Beratung beim
Erwerb und der Verwaltung von Medizinprodukten sowie das Beaufsichtigen von Medizintechnikern, um sicherzustellen, dass bei
deren Tätigkeit sicherheits- und rechtliche Bestimmungen erfüllt
werden. Außerdem fungieren die Ingenieure als Berater für alle
Fragestellungen, die den Einsatz von Medizinprodukten betreffen.
Ingenieure in diesem Bereich arbeiten eng mit der Krankenhausinformatik und medizinischen Physikern zusammen. Wenn nicht eine entsprechende Ausbildungsqualifikation vorliegt, verlangt das
MPG für solch eine Tätigkeit die Qualifikation als Medizinprodukteberater.
Eine typische medizintechnische Abteilung beschäftigt sich
mit der Reparatur und vorbeugenden Wartung aller Medizinpro-
dukte, mit der Ausnahme von Geräten, die noch einer Garantie o-
der einem Wartungsvertrag unterliegen. Alle neuerworbenen Geräte werden zuerst auf die Erfüllung der sicherheitsrechtlichen
Vorschriften untersucht, bevor sie eingesetzt werden. Dies sind
z.B. Überprüfung des Ableitstromes, Überprüfung der kollisions-
freien Bewegungsabläufe bzw. der Quetschungsgefährdung, Funk-
tion von Notaus-Tastern und gegebenenfalls Strahlungs- oder
Bildqualitätsmessungen. Bei den meisten Geräten werden nicht al-
le Parameter einer Funktion getestet, sondern es werden soge-
nannte Äquivalenzklassen von Parametern gebildet, um das Testen
günstiger zu machen. Trotzdem ist sichergestellt, dass die Prüfung
korrekt und gewissenhaft durchgeführt wird.
Viele Medizinprodukte müssen vor ihrem Einsatz sterilisiert
werden. Dies stellt ein spezielles Problem dar, da die meisten Sterilisationsverfahren Materialien und Geräte beschädigen können.
Die meisten Medizinprodukte sind entweder von sich aus sicher oder verfügen über Vorrichtungen und Systeme (Watchdogs),
die einen Ausfall feststellen können und das Produkt in einen un-
benutzbaren und damit sicheren Zustand überführen. Eine typische
Anforderung ist die Erstfehlersicherheit. Dies bedeutet, dass kein
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