Test-ultrahang szonográfia Arduino-val: 3 lépés (képekkel)

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:47

Helló!

Hobbim és szenvedélyem a fizikai projektek megvalósítása. Az egyik utolsó munkám az ultrahangos szonográfiáról szól. Mint mindig, igyekeztem a lehető legegyszerűbbé tenni az ebay -en vagy az aliexpressen beszerezhető alkatrészekkel. Nézzük hát, milyen messzire juthatok az egyszerű tárgyaimmal…

Engem ez a kicsit bonyolultabb és drágább projekt inspirált:

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

Íme az alkatrészek, amelyekre szüksége lesz a projektemhez:

fő részei:

• mérő a festék vastagságának mérésére 40 USD -ért: ebay festékvastagság -mérő GM100
• vagy csak az 5 MHz -es jelátalakító 33 USD -ért: ebay 5 MHz -es jelátalakító
• egy arduino esedékes 12 USD -ért: ebay arduino esedékes
• 320x480 pixeles kijelző 11 USD -ért: 320x480 arduino kijelző
• két 9V/1A tápegység a szimmetrikus +9/GND/-9V tápegységhez
• ultrahang-gél szonográfiához: 10 USD ultrahang gél

az adó esetében:

• egy fokozatos átalakító a szükséges 100 V-ért 5 USD-ért: 100 V-os boost konverter
• egy közös fokozó átalakító, amely 12-15 V-ot biztosít a 100 V-os erősítőátalakítóhoz 2 USD-ért: XL6009 boost-converter
• egy LM7805 feszültségszabályozó
• monoflop-IC 74121
• mosfet-illesztőprogram ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• kondenzátorok 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x elektrolitikus), 47µF (1x elektrolitikus), 20 µF (1 x elektrolitikus 200V esetén), 100 nF (2x MKP 200V esetén: 100nF20µF
• ellenállások 3 kOhm (0,25 W), 10 kOhm (0,25 W) és 50 ohm (1 W)
• 10 kOhm potenciométer
• 2 db. C5 foglalatok: 7 USD C5 foglalat

a vevő számára:

• 3 db. AD811 operációs erősítő: ebay AD811
• 1 db. LM7171 operációs erősítő: ebay LM7171
• 5 x 1 nF kondenzátor, 8 x 100 nF kondenzátor
• 4 x 10 kOhm potenciométer
• 1 x 100 kOhm potenciométer
• 0,25 W -os ellenállások, 68 Ohm, 330 Ohm (2 db), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
• 1N4148 diódák (2 db)
• 3.3V Zener dióda (1 db)

1. lépés: Saját adó- és vevőáramkörök

A szonográfia az orvostudományban nagyon fontos módja annak, hogy a test belsejébe nézzen. Az elv egyszerű: A távadó ultrahangos impulzusokat küld. Elterjednek a testben, a belső szervek vagy csontok tükrözik őket, és visszatérnek a vevőhöz.

Esetemben a GM100 mérőt használom a festékrétegek vastagságának mérésére. Bár valójában nem a test belsejébe kívánok nézni, látom a csontjaimat.

A GM100 adó 5 MHz-es frekvenciával működik. Ezért nagyon rövid impulzusokat kell létrehoznia, amelyek hossza 100-200 nanosekundum. A 7412-monoflop képes ilyen rövid impulzusokat létrehozni. Ezek a rövid impulzusok az ICL7667-mosfet-driverhez mennek, amely meghajtja az IRL620 kapuját (figyelem: a mosfetnek képesnek kell lennie 200 V-os feszültség kezelésére!).

Ha a kapu be van kapcsolva, a 100V-100nF kondenzátor lemerül, és a -100V negatív impulzus kerül a jeladó-piezo-ra.

A GM100 fejről kapott ultrahangos visszhangok egy 3 fokozatú erősítőre mennek a gyors OPA AD820 segítségével. A harmadik lépés után szüksége lesz egy precíziós egyenirányítóra. Erre a célra LM7171 operációs erősítőt használok.

Figyeljen: A legjobb eredményt akkor kaptam, amikor a precíziós egyenirányító bemenetét dupont-huzalhurokkal (? Az áramkörben) lerövidítem. Nem igazán értem, miért, de ellenőriznie kell, ha megpróbálja rekonstruálni az ultrahangos szkenneremet.

2. lépés: Az Arduino szoftver

A visszavert impulzusokat egy mikrokontrollernek kell tárolnia és megjelenítenie. A mikrokontrollernek gyorsnak kell lennie. Ezért esedékes arduinót választok. Két különböző típusú gyors analóg olvasási kódot próbáltam (nézd meg a mellékleteket). Az egyik gyorsabb (kb. 0,4 µs konverziónként), de 2-3-szor ugyanazt az értéket kaptam az analóg bemenet olvasásakor. A másik egy kicsit lassabb (1 µs konverziónként), de nincs hátránya az ismételt értékeknek. Én az elsőt választottam…

A vevőlapon két kapcsoló található. Ezekkel az ülésekkel leállíthatja a mérést, és két különböző időalapot választhat. Az egyik a mérési időkhöz 0 és 120 µs, a másik pedig 0 és 240 µs között van. Erre 300 vagy 600 érték kiolvasásával jöttem rá. 600 érték esetén kétszer annyi időre van szükség, de akkor csak minden második analóg értéket veszek fel.

A bejövő visszhangokat az arduino egyik analóg bemeneti portja olvassa. A Zener-dióda védi a portot a túl magas feszültségektől, mert az arduino miatt csak 3,3 V feszültséget lehet olvasni.

Ezután minden analóg bemeneti érték 0 és 255 közötti értékké alakul át. Ezzel az értékkel további szürke színű téglalap rajzolódik ki a kijelzőre. A fehér azt jelenti, hogy magas jel/visszhang, a sötétszürke vagy a fekete alacsony jel/visszhangot jelent.

Itt találhatók a 24 pixel szélességű és 1 pixel magasságú téglalapok rajzolásához szükséges sorok

for (i = 0; i <300; i ++) {

értékek = térkép (értékek , 0, 4095, 0, 255);

myGLCD.setColor (értékek , értékek , értékek );

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

}

Egy másodperc múlva ki kell húzni a következő oszlopot…

3. lépés: Eredmények

Különböző tárgyakat vizsgáltam az aluminim-hengerektől a vízzel töltött ballonokon át a testemig. A test-visszhangok megtekintéséhez a jelek erősítésének nagyon magasnak kell lennie. Az alumínium palackokhoz kisebb erősítésre van szükség. Ha megnézi a képeket, jól látható a bőr és a csontom visszhangja.

Mit mondhatnék tehát a projekt sikeréről vagy kudarcáról. Ilyen egyszerű módszerekkel és olyan alkatrészek használatával is be lehet nézni a test belsejébe, amelyeket általában nem erre a célra szánnak. De ezek a tényezők is korlátozzák az eredményeket. Nem kap ilyen tiszta és jól strukturált képeket a kereskedelmi megoldásokhoz képest.

De és ez a legfontosabb, megpróbáltam és mindent megtettem. Remélem tetszett ez az oktatóanyag, és legalább érdekes volt számotokra.

Ha szeretné megnézni a többi fizika projektemet:

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

további fizikai projektek: