Υπερηχογράφημα σώματος με υπερηχογράφημα με Arduino: 3 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Γειά σου!

Το χόμπι και το πάθος μου είναι να πραγματοποιώ έργα φυσικής. Μία από τις τελευταίες μου εργασίες αφορά την υπερηχογραφία. Όπως πάντα προσπάθησα να το κάνω όσο πιο απλό γίνεται με μέρη που μπορείτε να βρείτε στο ebay ή στο aliexpress. Ας ρίξουμε λοιπόν μια ματιά πόσο μακριά μπορώ να φτάσω με τα απλά μου αντικείμενα…

Εμπνεύστηκα από αυτό το λίγο πιο περίπλοκο και ακριβότερο έργο:

hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…

Εδώ είναι τα μέρη που θα χρειαστείτε για το έργο μου:

τα κυριότερα μέρη:

• ένας μετρητής για τη μέτρηση του πάχους του χρώματος για 40 USD: μετρητής πάχους βαφής ebay GM100
• ή μόνο τον μετατροπέα 5 MHz για 33 USD: ebay 5 MHz μορφοτροπέα
• ένα arduino Λήξη για 12 USD: ebay arduino due
• οθόνη 320x480 pixel για 11 USD: οθόνη arduino 320x480
• δύο τροφοδοτικά 9V/1A για τη συμμετρική παροχή +9/GND/-9V
• υπερηχογραφικό τζελ για υπερηχογράφημα: τζελ υπερήχων 10 USD

για τον πομπό:

• μετατροπέας επιτάχυνσης για τα απαιτούμενα 100V για 5 USD: 100V μετατροπέας ώθησης
• ένας κοινός μετατροπέας αύξησης που παρέχει 12-15V για τον μετατροπέα ενίσχυσης 100V για 2 USD: μετατροπέας ώθησης XL6009
• έναν ρυθμιστή τάσης LM7805
• monoflop-IC 74121
• πρόγραμμα οδήγησης mosfet ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• πυκνωτές με 1nF (1x), 50pF (1x), 0.1μF (1x ηλεκτρολυτικό), 47μF (1x ηλεκτρολυτικό), 20 μF (1 x ηλεκτρολυτικό για 200V), 100 nF (2x MKP για 200V: 100nF20μF
• αντιστάσεις με 3kOhm (0.25W), 10kOhm (0.25W) και 50Ohm (1W)
• Ποτενσιόμετρο 10 kOhm
• 2 τεμ. Υποδοχές C5: Υποδοχή C5 7 USD

για τον δέκτη:

• 3 τεμ. Λειτουργική ενίσχυση AD811: ebay AD811
• 1 τμχ. Λειτουργικός ενισχυτής LM7171: ebay LM7171
• Πυκνωτής 5 x 1 nF, πυκνωτής 8 x 100nF
• Ποτενσιόμετρο 4 x 10 kOhm
• Ποτενσιόμετρο 1 x 100 kOhm
• Αντιστάσεις 0,25W με 68 Ohm, 330 Ohm (2 τεμ.), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• Δίοδοι 1N4148 (2 τεμ.)
• 3.3V δίοδος zener (1 τεμ.)

Βήμα 1: Τα κυκλώματα πομπού και δέκτη μου

Η ηχογραφία είναι ένας πολύ σημαντικός τρόπος στην ιατρική για να κοιτάξουμε μέσα στο σώμα. Η αρχή είναι απλή: Ένας πομπός στέλνει υπερηχητικούς παλμούς. Απλώνονται στο σώμα, αντανακλώνται από εσωτερικά όργανα ή οστά και επιστρέφουν στον δέκτη.

Στην περίπτωσή μου χρησιμοποιώ τον μετρητή GM100 για τη μέτρηση του πάχους των στρωμάτων βαφής. Αν και δεν προορίζεται πραγματικά για να κοιτάξω μέσα στο σώμα, είμαι σε θέση να δω τα οστά μου.

Ο πομπός GM100 λειτουργεί με συχνότητα 5 MHz. Επομένως πρέπει να δημιουργήσετε πολύ σύντομους παλμούς με μήκος 100-200 νανοδευτερόλεπτα. Το 7412-monoflop είναι σε θέση να δημιουργήσει τόσο σύντομους παλμούς. Αυτοί οι σύντομοι παλμοί πηγαίνουν στο πρόγραμμα οδήγησης ICL7667-mosfet, το οποίο οδηγεί την πύλη ενός IRL620 (προσοχή: το mosfet πρέπει να μπορεί να χειριστεί τάσεις έως 200V!).

Εάν η πύλη είναι ενεργοποιημένη, ο πυκνωτής 100V-100nF εκφορτίζεται και ένας αρνητικός παλμός -100V εφαρμόζεται στον πομπό-πιεζό.

Οι υπερηχητικοί ήχοι, που λαμβάνονται από την κεφαλή GM100, πηγαίνουν σε έναν ενισχυτή 3 σταδίων με το γρήγορο OPA AD820. Μετά το τρίτο βήμα θα χρειαστείτε έναν ανορθωτή ακριβείας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιώ έναν λειτουργικό ενισχυτή LM7171.

Δώστε προσοχή: Πήρα τα καλύτερα αποτελέσματα, όταν συντομεύσω την είσοδο του ανορθωτή ακριβείας με βρόχο καλωδίου dupont (? Στο κύκλωμα). Δεν καταλαβαίνω πραγματικά γιατί, αλλά θα πρέπει να το ελέγξετε αν προσπαθήσετε να ανακατασκευάσετε τον υπερηχητικό σαρωτή μου.

Βήμα 2: Το λογισμικό Arduino

Οι ανακλώμενοι παλμοί πρέπει να αποθηκεύονται και να εμφανίζονται από έναν μικροελεγκτή. Ο μικροελεγκτής πρέπει να είναι γρήγορος. Ως εκ τούτου, επιλέγω ένα arduino due. Δοκίμασα δύο διαφορετικούς τύπους γρήγορων αναλογικών κωδικών ανάγνωσης (δείτε τα συνημμένα). Το ένα είναι γρηγορότερο (περίπου 0,4 μs ανά μετατροπή) αλλά πήρα 2-3 φορές την ίδια τιμή όταν διάβαζα στην αναλογική είσοδο. Το άλλο είναι λίγο πιο αργό (1 μs ανά μετατροπή), αλλά δεν έχει το μειονέκτημα των επαναλαμβανόμενων τιμών. Διάλεξα το πρώτο…

Υπάρχουν δύο διακόπτες στην πλακέτα δέκτη. Με αυτές τις ρυθμίσεις μπορείτε να σταματήσετε τη μέτρηση και να επιλέξετε δύο διαφορετικές χρονικές βάσεις. Το ένα για χρόνους μέτρησης μεταξύ 0 και 120 μs και το άλλο μεταξύ 0 και 240 μs. Το κατάλαβα διαβάζοντας 300 τιμές ή 600 τιμές. Για 600 τιμές χρειάζεται διπλάσιο χρόνο, αλλά στη συνέχεια παίρνω κάθε δεύτερη αναλογική τιμή.

Οι εισερχόμενοι ηχώ διαβάζονται με μία από τις θύρες αναλογικής εισόδου του arduino. Η δίοδος zener πρέπει να προστατεύει τη θύρα για πολύ υψηλές τάσεις, επειδή το arduino που οφείλεται μπορεί να διαβάσει μόνο τάσεις έως 3,3V.

Κάθε τιμή αναλογικής εισόδου μετατρέπεται στη συνέχεια σε μια τιμή μεταξύ 0 και 255. Με αυτήν την τιμή θα σχεδιαστεί ένα άλλο γκρι-ορθογώνιο στην οθόνη. Το λευκό σημαίνει υψηλό σήμα/ηχώ, σκούρο γκρι ή μαύρο σημαίνει χαμηλό σήμα/ηχώ.

Ακολουθούν οι γραμμές στον κώδικα για την σχεδίαση ορθογωνίων με πλάτος 24 pixel και ύψος 1 pixel

για (i = 0; i <300; i ++) {

τιμές = χάρτης (τιμές , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (τιμές , τιμές , τιμές );

myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);

}

Μετά από ένα δευτερόλεπτο θα σχεδιαστεί η επόμενη στήλη…

Βήμα 3: Αποτελέσματα

Έχω εξετάσει διάφορα αντικείμενα από κυλίνδρους αλουμινίου πάνω από μπαλόνια γεμάτα νερό μέχρι το σώμα μου. Για να δείτε το σώμα-ηχώ, η ενίσχυση των σημάτων πρέπει να είναι πολύ υψηλή. Για τους κυλίνδρους αλουμινίου απαιτείται χαμηλότερη ενίσχυση. Όταν κοιτάζετε τις εικόνες μπορείτε να δείτε καθαρά τις ηχώ από το δέρμα και το κόκκαλο μου.

Τι μπορώ να πω λοιπόν για την επιτυχία ή την αποτυχία αυτού του έργου. Είναι δυνατό να κοιτάξετε μέσα στο σώμα με τόσο απλές μεθόδους και χρησιμοποιώντας μέρη, τα οποία δεν προορίζονται συνήθως για αυτόν τον σκοπό. Αλλά αυτοί οι παράγοντες περιορίζουν επίσης τα αποτελέσματα. Δεν λαμβάνετε τόσο καθαρές και καλά δομημένες εικόνες σε σύγκριση με τις εμπορικές λύσεις.

Αλλά και αυτό είναι το πιο σημαντικό πράγμα, το δοκίμασα και έβαλα τα δυνατά μου. Ελπίζω να σας άρεσαν αυτά τα εκπαιδευτικά και ήταν τουλάχιστον ενδιαφέροντα για εσάς.

Αν θέλετε να ρίξετε μια ματιά στα άλλα μου έργα φυσικής:

www.youtube.com/user/stopperl16/videos;

περισσότερα έργα φυσικής: