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Entwicklung eines Messgeräts für die Sauerstoffaufnahme
Jan Kipfer
Problemstellung
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der maximalen Sauerstoffaufnahme. Dabei handelt es sich um das maximale Volumen an Sauerstoff, welches ein menschlicher Körper in einer Minute aufnehmen kann. Dieser Wert ist von Mensch zu Mensch verschieden und ist ein Indikator für das Ausdauerpotenzial eines Sportlers. Abgekürzt wird dieses Volumen mit VO2max. Man unterscheidet zwischen absolutem und relativem VO2max. Der Absolute [l/min] ist das absolute Volumen, welches in einer Minute aufgenommen werden kann und der Relative [ml/min/kg] bezieht sich auf das Körpergewicht des Probanden. Dieses Volumen lässt sich auf verschiedene Arten messen. Diese sind jedoch ungenau oder teuer. Um solche Messungen für Schulen oder Hobbysportler zugänglich zu machen, war es das Ziel der Arbeit einen Prototyp zu entwickeln, welcher eine 90% Genauigkeit besitzt, aber trotzdem nicht mehr als 200 CHF kostet.
Lösungskonzept
Um das relative VO2max zu bestimmen, sind zwei Faktoren besonders von Bedeutung. Der erste Faktor ist das Luftvolumen, das in einer Minute ein– und ausgeatmet wird. Der zweite Faktor ist das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration zwischen ein- und ausgeatmeter Luft. Um diese Faktoren zu ermitteln wurden zwei Sensoren verwendet. Um das Luftvolumen zu messen wurde ein Spirometrie Messegerät verwendet. Für das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration ein Sauerstoffsensor, der mit einem Arduino ausgelesen wurde. Die ermessenen Daten wurden mit dem Programm Microsoft Excel zusammengefügt. Ein Aspekt der Arbeit ist die Herleitung der Formel zur Berechnung des VO2maxrel. Wobei das MVV der Atemgrenzwert [l/min] ist. Es wird als das maximale Luftvolumen, welches in einer Minute ein– und ausgeatmet wird, definiert. M steht für die Masse [kg] des Probanden. Die Faktoren 100 und 1000 werden verwendet um die korrekte Einheit zu erhalten.
Ergebnisse
Durch diese Methode konnte das Budget eingehalten werden. Die Genauigkeit von 90% konnte ebenfalls erreicht werden. Da jedoch der Spirometer bereits ein eigenständiges Messgerät ist und die Berechnungen auf einem Computer durchgeführt werden, ist der Prototyp kein eigenständiges Messgerät. Er dient eher als ergänzende Applikation zu einem herkömmlichen Spirometrie Messgerät.