На GitHub загружен интересный проект, который включает использование ультразвукового преобразователя и RTL-SDR для создания недорогого 2D ультразвукового изображителя. Ультразвуковые изображатели передают акустические волны с преобразователем на частотах от 1 до 5 МГц, а затем слушают отражения звука от объектов на пути волн. Эта технология широко применяется в медицинской сфере для получения изображений внутри тела без использования вредного ионизирующего излучения, такого как рентген.
Проект от пользователя wlmeng11 основан на открытом оборудовании un0rick, которое является ультразвуковым изображителем с открытым исходным кодом. Идея wlmeng11 — упростить и снизить стоимость аппаратного обеспечения un0rick за счет замены некоторых дорогостоящих компонентов, таких как FPGA и ADC, на компьютер и RTL-SDR. Упрощённое аппаратное обеспечение называется “SimpleRick”, а файлы печатной платы (PCB) и прошивки также доступны на GitHub.
По поводу его выбора использовать SDR и RTL-SDR, он пишет:
Почему SDR?
Аналоговый сигнал, создаваемый ультразвуком в B-моде (то есть 2D-изображение), по существу является сигналом амплитудной модуляции (AM). Огибающая сигнала (то есть амплитуда) соответствует границам в физической среде, а несущая частота сигнала равна резонансной частоте преобразователя.
Большинство ультразвуковых систем прибегают к одному из двух подходов к получению данных:
- Прямой сбор ультразвукового сигнала: Этот метод сохраняет исходный сигнал во временной области, допускает любую частоту преобразователя и обеспечивает наибольшую гибкость для постобработки и анализа. Как амплитудная, так и фазовая информация может быть извлечена из сигнала, поэтому он полезен как для изображения в режиме B, так и для допплер-режима. Однако этот метод требует АЦП с высокой частотой дискретизации, а также большой пропускной диапазон и объём памяти для цифровых данных.
- Детекция огибающей с аналоговым оборудованием: Выполнить амплитудную демодуляцию (обычно с диодным выпрямителем и фильтром нижних частот), чтобы получить сигнал огибающей, затем захватывать огибающую на более низкой скорости дискретизации. Этот метод уменьшает пропускную способность и требования к памяти для цифровых данных, но у него есть ряд недостатков:
- Если фильтр нижних частот не настраивается, данный метод не может учитывать разные частоты преобразователя.
- Нелинейность диода может вызывать гармонические искажения.
- Вся фазовая информация в сигнале теряется, что делает его непригодным для допплер-режима.
Доказано Пейтоном и соавторами, что квадратурная дискретизация может использоваться для снижения требований к пропускной способности в системе ультразвукового изображения.
Оказывается, квадратурная модуляция является необходимой для SDR потому что любая форма амплитудной модуляции, частотной модуляции, фазовой модуляции или их комбинации может быть выражена как частный случай квадратурной модуляции. Поэтому многие программные и аппаратные методы, используемые в SDR, можно применить к ультразвуковому изображению.
Почему RTL-SDR?
Чип RTL2832U в RTL-SDR применяет гибридный подход к сбору данных. Он использует АЦП высокого быстродействия (28.8 MSps), за которым следует программно настраиваемый цифровой понижающий преобразователь (DDC), который вырабатывает IQ-данные с меньшей скоростью дискретизации (до 2.56 MSps), тем самым снижая требования к пропускной способности и памяти. Затем мы можем выполнить детекцию огибающей в программном обеспечении.
Плюс RTL-SDR действительно дешев (менее 25 долларов на Amazon в США)! Поэтому существует большая поддержка ПО и крупное сообщество пользователей RTL-SDR.
С несколькими настройками программного обеспечения можно заменить RTL-SDR более дорогим SDR (например, AirSpy HF+, LimeSDR) для случаев, требующих лучшего разрешения АЦП и SNR.
Некоторые из его тестовых результатов доступны в его обзоре за 21 августа. Его тест включает псевдоанэхогическую камеру с несколькими стальными шариками для отражения ультразвуковой волны. Преобразователь перемещается по камере с помощью сервопривода. Результаты пока показывают надёжное и повторяемое разрешение изображений объектов размером около 1 см.
Если вас интересует сочетание акустических преобразователей и SDR, то этот предыдущий пост демонстрирует использование пьезо для обнаружения эхолокационных ультразвуковых звуков летучих мышей.
Источник:
