- Регистрация
- 23 Авг 2023
- Сообщения
- 3,969
- Реакции
- 0
- Баллы
- 36
Ofline
Листая на досуге интернет-сервис для размещения объявлений («Авито», не для рекламы) обнаружил, что продаётся много бывших в употреблении устройств с названием типа: «Ультразвуковой доплер – Fetal Doppler» по ценам совсем недорого: 300-500 рублей. Новое, с его ценой, меня бы врятли заинтересовало бы. А тут совпало, что устройство продавалось в шаговой доступности, и цена вопроса лишь подогревало любопытство.
картинка 1
Читать далее:
Будучи немного в теме по устройству медицинских ультразвуковых приборов УЗИ, решил потратить пару часов на изучение данного устройства, с использованием минимального набора деталей и инструментов, имеющихся дома, чтобы удовлетворить своё любопытство, и может пригодится прибор еще чего полезного.
В итоге, в выходной день: 15 минут ходьбы, минус 500 рублей, и прибор готов для изучения.
Для справки: Фетальный допплер — это портативный ультразвуковой прибор для прослушивания сердцебиения плода, обычно используемый с 12-й недели беременности. Он работает по принципу эхолокации, безопасен для мамы и ребенка, помогая контролировать состояние малыша в домашних условиях (норма ЧСС: 110–160 уд/мин). Для использования нужен специальный гель.
При включении, на дисплее устройстве написано, что он функционирует на частоте 3 Мегагерца.
1: Разбираем:
2: Плата с микроконтроллером (маркировка стерта), драйвером питания, усилителем звуковой частоты:
Жаль, что в схеме не используется какой-нибудь популярный микроконтроллер ARM или RISK-V, да и дисплей не универсальный IPS или TFT ...
3: Вид на обратную сторону, где кнопки и дисплей:
4: Датчик прибора, который более всего меня интересовал:
5: Вид на передающий и приемный пьезоэлемент:
6: Приемо-передающая часть датчика:
7: Область фильтра низкой частоты датчика:
8: Далее разрисовал принципиальную схему части датчика, которая была мне интересна:
Как видим, реальная рабочая частота прибора - два мегагерца, что отличается от заявленной, указанной на дисплее (3 Мегагерца).
Основной принцип работы – постоянно излучаем сигнал с заданной частотой и небольшой мощностью одним пьезоэментом, а второй пьезоэлемент тем временем принимает отраженный сигнал от объекта с пульсирующий поверхностью. Эти пульсации и приводят к доплеровскому сдвигу частоты в принимаемом сигнале. После небольшого усиления, приемный сигнал сравнивается по фазе (перемножается) с опорным излучаемым, и в итоге получаем результирующий сигнал низкой частоты, пропорциональный пульсациям объекта. Затем остается только усилить полученный сигнал низкой частоты, отфильтровать (микросхемы LM324), посредством микроконтроллера определить частоту пульса и вывести результат на дисплей. На громкоговоритель дублируется звук пульсации объекта. По сути дела, прибор - своеобразный микрофон.
Мой основной интерес к данному прибору был следующий: разобраться в принципе работы и проверить возможность его работы в качестве сонара в импульсном режиме. Я вполне осознавал, что шанс получить эхограмму содержимого своего пуза практически равен нулю по многим причинам, но хотелось всё-таки попробовать за недорого🙂
Для получения импульсного режима работы, в схему передающей части, в разрыв цепи индуктивности L1, был добавлен управляемый буфер на микросхеме SN74AHC1G125D (была под рукой). Буфер нужен, так как управлять генератором сигналов (микросхема с маркировкой AB42 на схеме) на керамическом резонаторе не получится - его вход в режим генерации очень долгий для наших целей. Управлять этим буфером, будет встроенный в осциллограф генератор сигналов.
У него не очень большой выбор режимов, но приемлемые параметры подобрать можно, и выходной уровень сигнала достаточный для логического входа управления микросхемой.
9: напайка микросхемы-буфера и провода управления сверху микросхемы генератора сигнала:
10: В итоге, получилось так, вместе с дополнительными проводами для управления и получением сигнала отражения:
11: Форма и амплитуда сигнала на передающем пьезоэлементе:
Краткий расчет параметров импульса (исходя из ограничений генератора сигнала осциллографа): передавать будем пачку импульсов длительностью примерно 5 микросекунд, в эти 5 микросекунд укладывается 10 периодов сигнала (с частотой 2 Мегагерца). А каждый один период такого сигнала, это примерно 1400 / 2000000Hz = 0.0007 метра расстояния. Где 1400 – это примерная скорость звука в воде, метров в секунду, для большинства внутренних органов человека она примерно такая же. На самом деле - 1483 м/с по некоторым данным, я просто упростил.
Период повторения этих пачек импульсов, ограничим максимальной заданной шириной (глубиной) изучаемого объекта (тела) в районе талии, и выберем этот период в пределах от 2 до 3 миллисекунд.
Приемный сигнал для осциллографа будем снимать с выхода предварительного усилителя. Остальная часть схемы не трогалась. И в таком виде, передающая и приемная часть все еще остается не приспособленной для импульсного режима работы (из-за резонансных цепей, отсутствия демпферов и т.п.) – будут появляться всякие «артефакты» в приемном сигнале, но для грубого эксперимента оставим так.
После доработки схемы прибора, подключения прибора к осциллографу и настройки его работы, решил проверить корректность работы сначала на емкостях с водой, так как вода очень хороший проводник звука, и затем, убедившись, что все работает, делать опыты над собой.
12: Итоговая сборка получилась такая (на осциллографе меню генератора сигналов):
Для опытов взял пластиковый тазик и пару глубоких стаканов.
Для проверки реакции прибора - подавал сигнал вниз от верхнего уровня воды, смотрел на осциллографе отражение сигнала как от дна емкости, так и от помещаемых объектов между поверхностью и дном на пути распространения сигнала.
13: Опыты со стаканом:
Полученное время отражения сигнала от дна стакана четко совпадает с расчетным..
Кроме подачи сигнала вертикально вниз от среза воды, решил еще подать сигнал сбоку на тазик - через его боковую стенку. Для осуществления этой возможности, как раз и пригодился гель из комплекта, чтобы им полностью заполнить зазор между боковой стенкой тазика и рабочей поверхностью датчика. Плохо, что картинки не передают издающийся звук Доплера из динамика прибора, когда водишь рукой в тазике на пути распространения ультразвуковых волн. Диаграмма направленности сенсора прибора довольно таки хороша, и отражения довольно отчетливо регистрируются.
14: Картинка работы с тазиком:
15: Попытался приложить слишком ужатую gif-картинку:
Так сигнал отражается от движения ладошки под водой на пути распространения сигнала.
И конечно, в итоге прислонил прибор и к себе, и естественно ничего не получил на экране, так как форма (огибающая) передаваемого сигнала неподходящая для этих целей, амплитуда (мощность) излучаемого сигнала на порядки меньше чем требуется, а осциллограф в данном варианте - плохой прибор для наблюдения отраженного сигнала. И что еще немаловажно - наличие жировой прослойки (небольшой) в месте опыта и т.п.
16: Опыт над собой (18+, для не брезгливых):
Отражений не видно - даже гель ничем не помог...
Кстати, много-много лет назад, пытался помочь нашему кардиоцентру реанимировать рентгеновский он-лайн сканер для проведения операций на сердце. Этот сканер был закуплен еще во времена СССР у немцев и предназначался для лечения партийных вождей СССР и сотрудников КГБ, но так как купить – одно, а обслуживать «это нам не надо, дорого», со временем сканер перестал работать. Так вот местные хорошие дядьки врачи-кардиологи, тогда еще молодого и стройного меня "тролили" - что я якобы с излишним весом, и это очень плохо для сердца. Хотя сами, в конце смены, не видели ничего плохого чтобы принять внутрь порцию лечебной слабо разведённой (а иногда и неразведенной) жидкости (как с прекрасной половиной медперсонала, так и без) 🙂. Осталось самое хорошие впечатление от работы и общения с этими врачами.
Вывод: Портативный сканер УЗИ, работающий на двух «мизинчиковых» батарейках и за копейки сделать не получится.
Что можно сделать в итоге из данного устройства:
- Простой стенд-демонстратор для студентов и школьников.
- Сонар для какого-либо игрушечного кораблика - для запуска в ванне или неглубокой лужи.
- Эхолот рыбака для аквариума, для имитации процесса рыбалки на дому или тренировки рыб.
- Добавьте свой вариант.
Получился такой вот простой эксперимент на пару часов выходного дня.
Дополнительная ссылка на интересный проект на Хабре: Самодельный сканер УЗИ получил первые изображения: Самодельный сканер УЗИ получил первые изображения https://habr.com/ru/news/372111/ (alizar18 апр 2016 в 01:42).
И еще, раньше были, а может и сейчас есть форумы техников-медиков по ремонту разного медоборудования, там кладези схем и литературы. Можно сказать - тоже люди героической профессии.
Спасибо что дочитали, надеюсь не утомил, всем всего хорошего🙂
картинка 1
Читать далее:
Будучи немного в теме по устройству медицинских ультразвуковых приборов УЗИ, решил потратить пару часов на изучение данного устройства, с использованием минимального набора деталей и инструментов, имеющихся дома, чтобы удовлетворить своё любопытство, и может пригодится прибор еще чего полезного.
В итоге, в выходной день: 15 минут ходьбы, минус 500 рублей, и прибор готов для изучения.
Для справки: Фетальный допплер — это портативный ультразвуковой прибор для прослушивания сердцебиения плода, обычно используемый с 12-й недели беременности. Он работает по принципу эхолокации, безопасен для мамы и ребенка, помогая контролировать состояние малыша в домашних условиях (норма ЧСС: 110–160 уд/мин). Для использования нужен специальный гель.
При включении, на дисплее устройстве написано, что он функционирует на частоте 3 Мегагерца.
1: Разбираем:
2: Плата с микроконтроллером (маркировка стерта), драйвером питания, усилителем звуковой частоты:
Жаль, что в схеме не используется какой-нибудь популярный микроконтроллер ARM или RISK-V, да и дисплей не универсальный IPS или TFT ...
3: Вид на обратную сторону, где кнопки и дисплей:
4: Датчик прибора, который более всего меня интересовал:
5: Вид на передающий и приемный пьезоэлемент:
6: Приемо-передающая часть датчика:
7: Область фильтра низкой частоты датчика:
8: Далее разрисовал принципиальную схему части датчика, которая была мне интересна:
Как видим, реальная рабочая частота прибора - два мегагерца, что отличается от заявленной, указанной на дисплее (3 Мегагерца).
Основной принцип работы – постоянно излучаем сигнал с заданной частотой и небольшой мощностью одним пьезоэментом, а второй пьезоэлемент тем временем принимает отраженный сигнал от объекта с пульсирующий поверхностью. Эти пульсации и приводят к доплеровскому сдвигу частоты в принимаемом сигнале. После небольшого усиления, приемный сигнал сравнивается по фазе (перемножается) с опорным излучаемым, и в итоге получаем результирующий сигнал низкой частоты, пропорциональный пульсациям объекта. Затем остается только усилить полученный сигнал низкой частоты, отфильтровать (микросхемы LM324), посредством микроконтроллера определить частоту пульса и вывести результат на дисплей. На громкоговоритель дублируется звук пульсации объекта. По сути дела, прибор - своеобразный микрофон.
Мой основной интерес к данному прибору был следующий: разобраться в принципе работы и проверить возможность его работы в качестве сонара в импульсном режиме. Я вполне осознавал, что шанс получить эхограмму содержимого своего пуза практически равен нулю по многим причинам, но хотелось всё-таки попробовать за недорого🙂
Для получения импульсного режима работы, в схему передающей части, в разрыв цепи индуктивности L1, был добавлен управляемый буфер на микросхеме SN74AHC1G125D (была под рукой). Буфер нужен, так как управлять генератором сигналов (микросхема с маркировкой AB42 на схеме) на керамическом резонаторе не получится - его вход в режим генерации очень долгий для наших целей. Управлять этим буфером, будет встроенный в осциллограф генератор сигналов.
У него не очень большой выбор режимов, но приемлемые параметры подобрать можно, и выходной уровень сигнала достаточный для логического входа управления микросхемой.
9: напайка микросхемы-буфера и провода управления сверху микросхемы генератора сигнала:
10: В итоге, получилось так, вместе с дополнительными проводами для управления и получением сигнала отражения:
11: Форма и амплитуда сигнала на передающем пьезоэлементе:
Краткий расчет параметров импульса (исходя из ограничений генератора сигнала осциллографа): передавать будем пачку импульсов длительностью примерно 5 микросекунд, в эти 5 микросекунд укладывается 10 периодов сигнала (с частотой 2 Мегагерца). А каждый один период такого сигнала, это примерно 1400 / 2000000Hz = 0.0007 метра расстояния. Где 1400 – это примерная скорость звука в воде, метров в секунду, для большинства внутренних органов человека она примерно такая же. На самом деле - 1483 м/с по некоторым данным, я просто упростил.
Период повторения этих пачек импульсов, ограничим максимальной заданной шириной (глубиной) изучаемого объекта (тела) в районе талии, и выберем этот период в пределах от 2 до 3 миллисекунд.
Приемный сигнал для осциллографа будем снимать с выхода предварительного усилителя. Остальная часть схемы не трогалась. И в таком виде, передающая и приемная часть все еще остается не приспособленной для импульсного режима работы (из-за резонансных цепей, отсутствия демпферов и т.п.) – будут появляться всякие «артефакты» в приемном сигнале, но для грубого эксперимента оставим так.
После доработки схемы прибора, подключения прибора к осциллографу и настройки его работы, решил проверить корректность работы сначала на емкостях с водой, так как вода очень хороший проводник звука, и затем, убедившись, что все работает, делать опыты над собой.
12: Итоговая сборка получилась такая (на осциллографе меню генератора сигналов):
Для опытов взял пластиковый тазик и пару глубоких стаканов.
Для проверки реакции прибора - подавал сигнал вниз от верхнего уровня воды, смотрел на осциллографе отражение сигнала как от дна емкости, так и от помещаемых объектов между поверхностью и дном на пути распространения сигнала.
13: Опыты со стаканом:
Полученное время отражения сигнала от дна стакана четко совпадает с расчетным..
Кроме подачи сигнала вертикально вниз от среза воды, решил еще подать сигнал сбоку на тазик - через его боковую стенку. Для осуществления этой возможности, как раз и пригодился гель из комплекта, чтобы им полностью заполнить зазор между боковой стенкой тазика и рабочей поверхностью датчика. Плохо, что картинки не передают издающийся звук Доплера из динамика прибора, когда водишь рукой в тазике на пути распространения ультразвуковых волн. Диаграмма направленности сенсора прибора довольно таки хороша, и отражения довольно отчетливо регистрируются.
14: Картинка работы с тазиком:
15: Попытался приложить слишком ужатую gif-картинку:
Так сигнал отражается от движения ладошки под водой на пути распространения сигнала.
И конечно, в итоге прислонил прибор и к себе, и естественно ничего не получил на экране, так как форма (огибающая) передаваемого сигнала неподходящая для этих целей, амплитуда (мощность) излучаемого сигнала на порядки меньше чем требуется, а осциллограф в данном варианте - плохой прибор для наблюдения отраженного сигнала. И что еще немаловажно - наличие жировой прослойки (небольшой) в месте опыта и т.п.
16: Опыт над собой (18+, для не брезгливых):
Отражений не видно - даже гель ничем не помог...
Кстати, много-много лет назад, пытался помочь нашему кардиоцентру реанимировать рентгеновский он-лайн сканер для проведения операций на сердце. Этот сканер был закуплен еще во времена СССР у немцев и предназначался для лечения партийных вождей СССР и сотрудников КГБ, но так как купить – одно, а обслуживать «это нам не надо, дорого», со временем сканер перестал работать. Так вот местные хорошие дядьки врачи-кардиологи, тогда еще молодого и стройного меня "тролили" - что я якобы с излишним весом, и это очень плохо для сердца. Хотя сами, в конце смены, не видели ничего плохого чтобы принять внутрь порцию лечебной слабо разведённой (а иногда и неразведенной) жидкости (как с прекрасной половиной медперсонала, так и без) 🙂. Осталось самое хорошие впечатление от работы и общения с этими врачами.
Вывод: Портативный сканер УЗИ, работающий на двух «мизинчиковых» батарейках и за копейки сделать не получится.
Что можно сделать в итоге из данного устройства:
- Простой стенд-демонстратор для студентов и школьников.
- Сонар для какого-либо игрушечного кораблика - для запуска в ванне или неглубокой лужи.
- Эхолот рыбака для аквариума, для имитации процесса рыбалки на дому или тренировки рыб.
- Добавьте свой вариант.
Получился такой вот простой эксперимент на пару часов выходного дня.
Дополнительная ссылка на интересный проект на Хабре: Самодельный сканер УЗИ получил первые изображения: Самодельный сканер УЗИ получил первые изображения https://habr.com/ru/news/372111/ (alizar18 апр 2016 в 01:42).
И еще, раньше были, а может и сейчас есть форумы техников-медиков по ремонту разного медоборудования, там кладези схем и литературы. Можно сказать - тоже люди героической профессии.
Спасибо что дочитали, надеюсь не утомил, всем всего хорошего🙂