الموجات فوق الصوتية للجسم بالموجات فوق الصوتية باستخدام Arduino: 3 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

أهلا!

هوايتي وشغفي هو تحقيق مشاريع فيزياء. يتعلق أحد أعمالي الأخيرة بالتصوير بالموجات فوق الصوتية. كما هو الحال دائمًا ، حاولت أن أجعل الأمر بسيطًا قدر الإمكان باستخدام الأجزاء التي يمكنك الحصول عليها على موقع ئي باي أو AliExpress. لذلك دعونا نلقي نظرة إلى أي مدى يمكنني الذهاب مع العناصر البسيطة الخاصة بي …

لقد ألهمني هذا المشروع الأكثر تعقيدًا والأكثر تكلفة:

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

إليك الأجزاء التي ستحتاجها لمشروعي:

الأجزاء الرئيسية:

• مقياس لقياس سماكة الطلاء مقابل 40 دولارًا أمريكيًا: مقياس سمك طلاء ebay GM100
• أو مجرد محول 5 ميجاهرتز مقابل 33 دولارًا أمريكيًا: محول طاقة إيباي 5 ميجاهرتز
• اردوينو مستحق مقابل 12 دولارًا أمريكيًا: ebay arduino due
• شاشة 320 × 480 بكسل مقابل 11 دولارًا أمريكيًا: شاشة اردوينو 320 × 480
• مزودان طاقة 9V / 1A للتزويد المتماثل + 9 / GND / -9V
• هلام الموجات فوق الصوتية للتصوير بالموجات فوق الصوتية: 10 دولارات أمريكية هلام الموجات فوق الصوتية

لجهاز الإرسال:

• محول تصاعدي لـ 100 فولت المطلوب مقابل 5 دولارات أمريكية: 100 فولت محول دفعة
• محول تصعيد مشترك يوفر 12-15 فولت لمحول دفعة 100 فولت مقابل 2 دولار أمريكي: محول دفعة XL6009
• منظم الجهد LM7805
• مونوفلوب- IC 74121
• mosfet سائق ICL7667
• IRL620 mosfet: IRL620
• المكثفات ذات 1nF (1x) ، 50pF (1x) ، 0.1µF (1x electrolytic) ، 47µF (1x electrolytic) ، 20µF (1 x electrolytic for 200V) ، 100 nF (2x MKP for 200V: 100nF20µF
• مقاومات 3 كيلو أوم (0.25 واط) ، 10 كيلو أوم (0.25 واط) ، 50 أوم (1 واط)
• 10 كيلو أوم مقياس الجهد
• 2 قطعة مقابس C5: مقبس 7 دولارات C5

للمتلقي:

• 3 قطع. مكبر التشغيل AD811: ebay AD811
• 1 قطعة مكبر الصوت التشغيلي LM7171: ebay LM7171
• 5 x 1 nF مكثف ، 8 x 100nF مكثف
• 4 × 10 كيلو أوم مقياس الجهد
• 1 × 100 كيلو أوم مقياس الجهد
• 0.25 واط مقاومات 68 أوم ، 330 أوم (قطعتان) ، 820 أوم ، 470 أوم ، 1.5 كيلو أوم ، 1 كيلو أوم ، 100 أوم
• 1N4148 الثنائيات (2 قطعة)
• 3.3 فولت زينر ديود (1 قطعة)

الخطوة 1: دارات جهاز الإرسال والاستقبال الخاصة بي

التصوير بالموجات فوق الصوتية هو وسيلة مهمة للغاية في الطب للنظر داخل الجسم. المبدأ بسيط: يرسل جهاز الإرسال نبضات فوق صوتية. تنتشر في الجسم ، تنعكس بواسطة الأعضاء الداخلية أو العظام وتعود إلى جهاز الاستقبال.

في حالتي ، أستخدم المقياس GM100 لقياس سمك طبقات الطلاء. على الرغم من أنه ليس المقصود حقًا النظر داخل الجسم ، إلا أنني قادر على رؤية عظامي.

يعمل جهاز الإرسال GM100 بتردد 5 ميجا هرتز. لذلك عليك إنشاء نبضات قصيرة جدًا بطول 100-200 نانوثانية. 7412-monoflop قادر على خلق مثل هذه النبضات القصيرة. تذهب هذه النبضات القصيرة إلى محرك ICL7667-mosfet-driver ، الذي يقود بوابة IRL620 (تنبيه: يجب أن يكون mosfet قادرًا على التعامل مع الفولتية حتى 200 فولت!).

إذا تم تشغيل البوابة ، يتم تفريغ مكثف 100V-100nF ويتم تطبيق نبضة سالبة تبلغ -100 فولت على جهاز الإرسال بيزو.

إن أصداء الموجات فوق الصوتية ، الواردة من GM100-head ، تذهب إلى مكبر صوت ثلاثي المراحل مع OPA AD820 السريع. بعد الخطوة الثالثة ، ستحتاج إلى مقوم دقيق. لهذا الغرض أستخدم مكبر تشغيلي LM7171.

انتبه: لقد حصلت على أفضل النتائج ، عندما أقوم بتقصير إدخال مقوم الدقة بحلقة دوبلون سلكية (؟ في الدائرة). لا أفهم حقًا السبب ولكن سيتعين عليك التحقق من ذلك إذا حاولت إعادة بناء ماسح الموجات فوق الصوتية الخاص بي.

الخطوة 2: برنامج Arduino

يجب تخزين النبضات المنعكسة وعرضها بواسطة متحكم دقيق. يجب أن يكون الميكروكونترولر سريعًا. لذلك اخترت اردوينو. لقد جربت نوعين مختلفين من أكواد القراءة التمثيلية السريعة (انظر إلى المرفقات). واحد أسرع (حوالي 0.4 ميكرو ثانية لكل تحويل) لكنني حصلت على نفس القيمة مرتين إلى ثلاث مرات عند القراءة في الإدخال التناظري. الآخر أبطأ قليلاً (1 ميكرو ثانية لكل تحويل) ، لكنه لا يضر بالقيم المتكررة. لقد اخترت الأول …

هناك نوعان من المفاتيح على لوحة الاستقبال. باستخدام هذه الوصلات ، يمكنك إيقاف القياس واختيار قاعدتين زمنيتين مختلفتين. واحد لأوقات القياس بين 0 و 120 µs والآخر بين 0 و 240 s. أدركت ذلك بقراءة 300 قيمة أو 600 قيمة. بالنسبة لـ 600 قيمة ، يستغرق الأمر ضعف الوقت ، ولكن بعد ذلك ، آخذ كل ثانية من القيمة التناظرية.

تتم قراءة الصدى الوارد بأحد منافذ الإدخال التناظرية في اردوينو. يجب أن يحمي الصمام الثنائي زينر المنفذ من أجل الفولتية العالية جدًا لأن اردوينو المستحق يمكنه قراءة الفولتية حتى 3.3 فولت فقط.

يتم بعد ذلك تحويل كل قيمة مدخلات تناظرية إلى قيمة بين 0 و 255. بهذه القيمة سيتم رسم مستطيل رمادي اللون على الشاشة. الأبيض يعني إشارة عالية / صدى ، رمادي غامق أو أسود يعني إشارة منخفضة / صدى.

فيما يلي الأسطر الموجودة في الكود لرسم المستطيلات بعرض 24 بكسل وارتفاع 1 بكسل

لـ (i = 0 ؛ i <300 ؛ i ++) {

القيم = الخريطة (القيم ، 0 ، 4095 ، 0 ، 255) ؛

myGLCD.setColor (القيم ، القيم ، القيم ) ؛

myGLCD.fillRect (j * 24 ، 15 + i ، j * 24 + 23 ، 15 + i) ؛

}

بعد ثانية واحدة سيتم رسم العمود التالي …

الخطوة الثالثة: النتائج

لقد قمت بفحص أجسام مختلفة من أسطوانات الألمنيوم فوق بالونات مملوءة بالماء إلى جسدي. لرؤية أصداء الجسم ، يجب أن يكون تضخيم الإشارات مرتفعًا جدًا. بالنسبة لأسطوانات الألمنيوم ، يلزم تضخيم أقل. عندما تنظر إلى الصور يمكنك أن ترى بوضوح أصداء الجلد والعظام.

إذن ماذا يمكنني أن أقول عن نجاح أو فشل هذا المشروع. من الممكن النظر إلى داخل الجسم بهذه الأساليب البسيطة واستخدام الأجزاء التي لا يُقصد بها عادة لهذا الغرض. لكن هذه العوامل تحد من النتائج أيضًا. لا تحصل على مثل هذه الصور الواضحة والمنظمة بشكل جيد مقارنة بالحلول التجارية.

لكن وهذا هو أهم شيء ، لقد جربته وبذلت قصارى جهدي. آمل أن تكون قد أحببت هذه التعليمات وكانت على الأقل ممتعة بالنسبة لك.

إذا كنت ترغب في إلقاء نظرة على مشاريعي الفيزيائية الأخرى:

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

المزيد من مشاريع الفيزياء: