2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-13 06:58
Xin chào!
Sở thích và đam mê của tôi là thực hiện các dự án vật lý. Một trong những công việc cuối cùng của tôi là về siêu âm siêu âm. Như mọi khi, tôi cố gắng làm cho nó đơn giản nhất có thể với các phần bạn có thể nhận được trên ebay hoặc aliexpress. Vì vậy, hãy xem tôi có thể đi được bao xa với những món đồ đơn giản của mình…
Tôi đã lấy cảm hứng từ dự án phức tạp hơn và tốn kém hơn một chút này:
hackaday.io/project/9281-murgen-open-sourc…
Đây là những phần bạn cần cho dự án của tôi:
các bộ phận chính:
- một thước đo để đo độ dày của sơn với giá 40 USD: Máy đo độ dày sơn ebay GM100
- hoặc chỉ đầu dò 5 MHz với giá 33 USD: đầu dò ebay 5 MHz
- một arduino đến hạn với giá 12 USD: ebay arduino do
- màn hình 320x480 pixel với giá 11 USD: màn hình arduino 320x480
- hai nguồn điện 9V / 1A cho nguồn đối xứng + 9 / GND / -9V
- gel siêu âm cho siêu âm: gel siêu âm 10 USD
cho máy phát:
- một bộ chuyển đổi nấc thang cho 100V cần thiết với giá 5 USD: Bộ chuyển đổi tăng cường 100V
- một bộ chuyển đổi nấc chung cung cấp 12-15V cho bộ chuyển đổi-tăng-cường 100V với giá 2 USD: Bộ chuyển đổi-tăng-cường XL6009
- một bộ điều chỉnh điện áp LM7805
- monoflop-IC 74121
- trình điều khiển mosfet ICL7667
- IRL620 MOSFET: IRL620
- tụ điện với 1nF (1x), 50pF (1x), 0,1µF (1x điện phân), 47µF (1x điện phân), 20 µF (1 x điện phân cho 200V), 100 nF (2x MKP cho 200V: 100nF20µF
- điện trở 3kOhm (0,25W), 10kOhm (0,25W) và 50Ohm (1W)
- Chiết áp 10 kOhm
- 2 chiếc. Ổ cắm C5: Ổ cắm C5 7 USD
cho người nhận:
- 3 chiếc. Bộ khuếch đại hoạt động AD811: ebay AD811
- 1 chiếc. Bộ khuếch đại hoạt động của LM7171: ebay LM7171
- Tụ 5 x 1 nF, tụ 8 x 100nF
- Chiết áp 4 x 10 kOhm
- Chiết áp 1 x 100 kOhm
- Điện trở 0,25W với 68 Ohm, 330 Ohm (2 chiếc), 820 Ohm, 470 Ohm, 1,5 kOhm, 1 kOhm, 100 Ohm
- 1N4148 điốt (2 chiếc.)
- Diode zener 3.3V (1 chiếc.)
Bước 1: Mạch phát và máy thu của tôi
Siêu âm là một cách rất quan trọng trong y học để quan sát bên trong cơ thể. Nguyên tắc rất đơn giản: Một máy phát gửi các xung siêu âm. Chúng lan ra trong cơ thể, được phản xạ bởi các cơ quan bên trong hoặc xương và quay trở lại máy thu.
Trong trường hợp của tôi, tôi sử dụng máy đo GM100 để đo độ dày của các lớp sơn. Mặc dù không thực sự có ý định nhìn vào bên trong cơ thể, tôi vẫn có thể nhìn thấy xương của mình.
Máy phát GM100 hoạt động với tần số 5 MHz. Do đó bạn phải tạo ra các xung cực ngắn với độ dài từ 100-200 nano giây. 7412-monoflop có thể tạo ra các xung ngắn như vậy. Các xung ngắn này đi đến trình điều khiển ICL7667-mosfet, điều khiển cổng của IRL620 (chú ý: mosfet phải có khả năng xử lý điện áp lên đến 200V!).
Nếu cổng được bật, tụ điện 100V-100nF phóng điện và xung âm -100V được áp dụng cho máy phát-piezo.
Các tiếng vọng siêu âm, nhận được từ đầu GM100 sẽ được chuyển đến bộ khuếch đại 3 tầng với OPA AD820 nhanh. Sau bước thứ ba, bạn sẽ cần một bộ chỉnh lưu chính xác. Với mục đích này, tôi sử dụng bộ khuếch đại hoạt động LM7171.
Hãy chú ý: Tôi đã nhận được kết quả tốt nhất, khi tôi rút ngắn đầu vào của bộ chỉnh lưu chính xác bằng một vòng lặp dây dupont (? Trong mạch). Tôi không thực sự hiểu tại sao nhưng bạn sẽ phải kiểm tra nó nếu bạn cố gắng tái tạo lại máy quét siêu âm của tôi.
Bước 2: Phần mềm Arduino
Các xung phản xạ phải được lưu trữ và hiển thị bởi một bộ vi điều khiển. Bộ vi điều khiển phải nhanh. Vì vậy, tôi chọn một do arduino. Tôi đã thử hai loại mã đọc tương tự nhanh khác nhau (xem các tệp đính kèm). Một nhanh hơn (khoảng 0,4 µs mỗi lần chuyển đổi) nhưng tôi nhận được giá trị tương tự gấp 2-3 lần khi đọc ở đầu vào tương tự. Cái còn lại chậm hơn một chút (1 µs cho mỗi chuyển đổi), nhưng không phải là nhược điểm của các giá trị lặp lại. Tôi đã chọn cái đầu tiên…
Có hai công tắc trên bo mạch bộ thu. Với những trang web đó, bạn có thể dừng phép đo và chọn hai cơ sở thời gian khác nhau. Một cho số đo thời gian trong khoảng từ 0 đến 120 µs và chiếc còn lại từ 0 đến 240 µs. Tôi nhận ra điều này bằng cách đọc ra 300 giá trị hoặc 600 giá trị. Đối với 600 giá trị thì cần gấp đôi thời gian, nhưng sau đó tôi chỉ lấy mỗi giá trị tương tự thứ hai.
Các tiếng vọng đến đang được đọc bằng một trong các cổng đầu vào tương tự của arduino. Diode zener nên bảo vệ cổng đối với điện áp quá cao vì arduino do chỉ có thể đọc điện áp lên đến 3.3V.
Sau đó, mỗi giá trị-đầu vào tương tự được chuyển đổi thành một giá trị từ 0 đến 255. Với giá trị này, một hình chữ nhật có màu xám tiếp theo sẽ được vẽ trên màn hình. Màu trắng có nghĩa là tín hiệu / tiếng vang cao, màu xám đậm hoặc đen có nghĩa là tín hiệu / tiếng vang thấp.
Đây là các dòng trong mã để vẽ các hình chữ nhật với chiều rộng 24 pixel và chiều cao 1 pixel
for (i = 0; i <300; i ++) {
giá trị = map (giá trị , 0, 4095, 0, 255);
myGLCD.setColor (giá trị , giá trị , giá trị );
myGLCD.fillRect (j * 24, 15 + i, j * 24 + 23, 15 + i);
}
Sau một giây, cột tiếp theo sẽ được vẽ…
Bước 3: Kết quả
Tôi đã kiểm tra các vật thể khác nhau từ các hình trụ bằng aluminim trên những quả bóng bay chứa đầy nước trên cơ thể mình. Để nhìn thấy tiếng vang cơ thể, độ khuếch đại của tín hiệu phải rất cao. Đối với xi lanh nhôm, cần có độ khuếch đại thấp hơn. Khi bạn nhìn vào những bức tranh, bạn có thể thấy rõ tiếng vọng từ da và xương của tôi.
Vậy tôi có thể nói gì về sự thành công hay thất bại của dự án này. Có thể nhìn vào bên trong cơ thể bằng các phương pháp đơn giản như vậy và sử dụng các bộ phận, những thứ thường không nhằm mục đích đó. Nhưng những yếu tố này cũng đang hạn chế kết quả. Bạn không có được những bức tranh rõ ràng và có cấu trúc tốt như vậy so với các giải pháp thương mại.
Nhưng và đây là điều quan trọng nhất, tôi đã thử và làm hết sức mình. Tôi hy vọng bạn thích tài liệu hướng dẫn này và nó ít nhất là thú vị đối với bạn.
Nếu bạn muốn xem các dự án vật lý khác của tôi:
www.youtube.com/user/stopperl16/videos?
các dự án vật lý khác: