태아 도플러 분해 및 개조: 연속파에서 펄스 소나로
태아 도플러는 2~3MHz 주파수로 태아의 심장 박동을 듣는 장치입니다. 분해된 장치에서 측정한 실제 작동 주파수는 2MHz로, 디스플레이에 표시되는 3MHz와 다릅니다. 원리는 도플러 효과에 기반합니다: 송신 압전 소자가 초음파 신호를 지속적으로 생성하고, 수신 소자는 심장 벽과 같은 움직이는 표면에서 반사된 신호를 포착합니다.
신호는 증폭되고, 위상 비교(직교 검파기 방식 사용)를 거쳐 LM324 같은 칩을 통해 저주파 오디오 신호로 변환됩니다. 마이크로컨트롤러(표시가 지워짐)는 펄스 속도를 계산하여 표시하고, 스피커로 소리를 출력합니다.
센서 회로에는 두 개의 압전 소자가 포함됩니다: 세라믹 공진기(AB42 칩)에 발생기가 있는 송신기와 프리앰프가 있는 수신기입니다. 저역 통과 필터는 노이즈를 제거합니다.
분해 및 회로도
보드에는 마이크로컨트롤러, 전원 드라이버, 오디오 앰프, 디스플레이가 포함됩니다. 센서는 인덕턴스 L1을 통해 연결된 송신 및 수신 압전 소자를 보유합니다. 송신 부분의 회로도:
[AB42 발생기] --> [버퍼] --> L1 --> 압전 송신기
압전 수신기 --> 증폭기 --> 저역 통과 필터실제 2MHz 주파수는 오실로스코프로 확인되었습니다. 연속파 모드에서는 낮은 전력으로도 조직 내 10~15cm 거리까지의 맥동을 오디오로 감지하기에 충분합니다.
펄스 모드로의 개조
목표는 반사 신호를 기록하는 소나로 변환하는 것입니다. 버퍼 SN74AHC1G125D를 L1 단선부에 납땜하여 송신을 제어합니다. 제어는 오실로스코프 발생기에서 수행됩니다: 5µs 지속 시간(2MHz에서 10주기)의 펄스 버스트, 반복 주기 2~3ms.
거리 계산: 한 주기 약 0.7mm(조직/물에서 음속 약 1400m/s). 회로는 최적화되지 않았습니다: 댐퍼 없음, 공진 회로로 인해 인공물이 발생합니다.
연결:
- 수신을 위해 증폭기 출력을 오실로스코프에 연결.
- 논리 신호로 버퍼 제어.
송신기에서의 펄스 형태: 압전 소자를 여기시키기에 충분한 진폭의 직사각형 버스트.
펄스 모드 실험
물 용기(우수한 음향 전도체)에서 테스트:
- 유리잔에 수직 신호 공급: 바닥에서의 반사 시간이 계산된 값과 일치(깊이 약 10cm).
- 젤을 바른 대야 벽을 통한 측면 공급: 수중에서 움직이는 손의 명확한 반사.
- 센서의 지향성 패턴은 좁음; 신호는 전파 경로를 따라 기록됩니다.
신체에 적용했을 때는 반사가 없었습니다: 낮은 전력, 부적합한 펄스 엔벨로프, 조직 및 지방층에서의 감쇠. 오실로스코프는 약한 신호에 최적이 아닙니다.
핵심 포인트:
- 실제 주파수는 표시된 3MHz가 아닌 2MHz입니다.
- 연속파 모드는 도플러 편이에만 적합하며, 반향 측위에는 부적합합니다.
- 펄스 개조는 물에서 대략적인 반사를 제공하지만, 전력 증폭 없이는 조직에 무용합니다.
- 배터리 구동 장치는 완전한 초음파 스캐너에 적합하지 않습니다.
- 잠재적 응용: 데모 장치, 수족관 물고기 탐지기, 장난감 소나.
잠재적 응용 및 한계
개조된 도플러는 기본적인 소나 원리를 보여주지만, 전력과 회로 설계에 제한됩니다.
- 데모 장치: 초음파 반향 측위 교육용.
- 장난감 소나: 욕조 모델용.
- 수족관 물고기 탐지기: 작은 부피에서 물체 감지.
완전한 초음파 스캐너는 다른 아키텍처가 필요합니다: 고출력 펄스 발생기, 댐핑된 변환기, TGC 증폭기, 고해상도 A/D 변환기.
— Editorial Team
아직 댓글이 없습니다.