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2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58
Olá!
Meu hobby e paixão é realizar projetos de física. Um dos meus últimos trabalhos é sobre ultra-sonografia. Como sempre, tentei torná-lo o mais simples possível com peças que você pode obter no ebay ou aliexpress. Então, vamos dar uma olhada até onde posso ir com meus itens simples …
Fui inspirado por este projeto um pouco mais complicado e mais caro:
hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…
Aqui estão as peças de que você precisará para meu projeto:
as partes principais:
- um medidor para medir a espessura da tinta por 40 USD: medidor de espessura de tinta ebay GM100
- ou apenas o transdutor de 5 MHz por 33 USD: transdutor ebay de 5 MHz
- um arduino devido por 12 USD: ebay arduino devido
- uma tela de 320x480 pixels por 11 USD: tela arduino de 320x480
- duas fontes de alimentação 9V / 1A para a alimentação simétrica + 9 / GND / -9V
- gel de ultrassom para ultrassom: gel de ultrassom de 10 USD
para o transmissor:
- um conversor elevador para os 100 V necessários por 5 USD: conversor de reforço de 100 V
- um conversor elevador comum que fornece 12-15 V para o conversor de reforço de 100 V por 2 USD: conversor de reforço XL6009
- um regulador de tensão LM7805
- monoflop-IC 74121
- mosfet-driver ICL7667
- IRL620 mosfet: IRL620
- capacitores com 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x eletrolítico), 47µF (1x eletrolítico), 20 µF (1 x eletrolítico para 200V), 100 nF (2x MKP para 200V: 100nF20µF
- resistores com 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) e 50Ohm (1W)
- Potenciômetro de 10 kOhm
- 2 pçs. Soquetes C5: 7 USD soquete C5
para o receptor:
- 3 pecas. Amplificação operacional AD811: ebay AD811
- 1 pcs. LM7171 amplificação operacional: ebay LM7171
- 5 x 1 capacitor nF, 8 x 100nF capacitor
- Potenciômetro 4 x 10 kOhm
- Potenciômetro de 1 x 100 kOhm
- Resistores de 0,25 W com 68 Ohm, 330 Ohm (2 unidades), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
- Diodos 1N4148 (2 pcs.)
- Diodo zener 3,3 V (1 unid.)
Etapa 1: meus circuitos transmissor e receptor
A ultrassonografia é uma forma muito importante na medicina de observar o interior do corpo. O princípio é simples: um transmissor envia pulsos ultrassônicos. Eles se espalham pelo corpo, são refletidos por órgãos internos ou ossos e voltam para o receptor.
No meu caso, uso o medidor GM100 para medir a espessura das camadas de tinta. Embora não seja realmente destinado a olhar para dentro do corpo, sou capaz de ver meus ossos.
O transmissor GM100 funciona com uma frequência de 5 MHz. Portanto, você deve criar pulsos muito curtos com uma duração de 100-200 nanossegundos. O 7412-monoflop é capaz de criar esses pulsos curtos. Esses pulsos curtos vão para o driver ICL7667-mosfet, que aciona o gate de um IRL620 (atenção: o mosfet deve ser capaz de lidar com tensões de até 200V!).
Se a porta for ligada, o capacitor 100V-100nF descarrega e um pulso negativo de -100V é aplicado ao piezo transmissor.
Os ecos ultrassônicos, recebidos da cabeça do GM100, vão para um amplificador de 3 estágios com o rápido OPA AD820. Após a terceira etapa, você precisará de um retificador de precisão. Para isso, uso um amplificador operacional LM7171.
Preste atenção: obtive os melhores resultados, quando encurto a entrada do retificador de precisão com um laço de fio duplo (? No circuito). Eu realmente não entendo o porquê, mas você terá que verificar se tentar reconstruir meu scanner ultrassônico.
Etapa 2: o software Arduino
Os pulsos refletidos devem ser armazenados e exibidos por um microcontrolador. O microcontrolador deve ser rápido. Portanto, escolho um arduino devido. Eu tentei dois tipos diferentes de códigos de leitura analógica rápidos (veja os anexos). Um é mais rápido (cerca de 0,4 µs por conversão), mas obtive 2-3 vezes o mesmo valor ao ler na entrada analógica. O outro é um pouco mais lento (1 µs por conversão), mas não tem a desvantagem dos valores repetidos. Eu escolhi o primeiro …
Existem dois interruptores na placa receptora. Com esses sitches você pode parar a medição e escolher duas bases de tempo diferentes. Um para tempos de medição entre 0 e 120 µs e outro entre 0 e 240 µs. Eu percebi isso lendo 300 valores ou 600 valores. Para 600 valores, leva o dobro do tempo, mas então eu considero apenas cada segundo com valores analógicos.
Os ecos de entrada estão sendo lidos com uma das portas de entrada analógicas do arduino. O diodo zener deve proteger a porta para tensões muito altas porque o arduino due só pode ler tensões de até 3,3V.
Cada valor de entrada analógica é então transformado em um valor entre 0 e 255. Com este valor, uma outra retícula cinza será desenhada no display. Branco significa sinal / eco alto, cinza escuro ou preto significa sinal / eco baixo.
Aqui estão as linhas no código para desenhar os retângulos com 24 pixels de largura e 1 pixel de altura
para (i = 0; i <300; i ++) {
valores = mapa (valores , 0, 4095, 0, 255);
myGLCD.setColor (valores , valores , valores );
myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);
}
Depois de um segundo, a próxima coluna será desenhada …
Etapa 3: Resultados
Eu examinei diferentes objetos de cilindros de alumínio em balões cheios de água até o meu corpo. Para ver os ecos do corpo, a amplificação dos sinais deve ser muito alta. Para os cilindros de alumínio, uma amplificação menor é necessária. Quando você olha as fotos, pode ver claramente os ecos da pele e dos meus ossos.
Então, o que posso dizer sobre o sucesso ou o fracasso deste projeto. É possível olhar dentro do corpo com métodos tão simples e usando peças, que normalmente não são destinadas a esse propósito. Mas esses fatores também estão limitando os resultados. Você não consegue imagens tão claras e bem estruturadas em comparação com soluções comerciais.
Mas e isso é o mais importante, tentei e fiz o meu melhor. Espero que tenha gostado deste instructables e pelo menos tenha sido interessante para você.
Se você gosta de dar uma olhada em meus outros projetos de física:
www.youtube.com/user/stopperl16/videos?
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