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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32941| Título: | Implementação e avaliação de um sistema reconfigurável de excitação convencional e chirp codificada pela técnica PWM para atividades de pesquisa do ultrassom |
| Título(s) alternativo(s): | Implementation and evaluation of a reconfigurable system of conventional excitation and chirp encoded by the PWM technique for ultrasound research activities |
| Autor(es): | Contieri, Ednilson de Souza |
| Orientador(es): | Assef, Amauri Amorin |
| Palavras-chave: | Ultrassom Modulação de pulso (Eletrônica) Circuitos de pulso Linguagem de descrição de hardware Transdutores ultrassônicos Circuitos impressos - Desenvolvimento Simulação (Computadores) Ultrasonics Pulse modulation (Electronics) Pulse circuits Computer hardware description languages Ultrasonic transducers Printed circuits - Development Computer simulation |
| Data do documento: | 26-Out-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | CONTIERI, Ednilson de Souza. Implementação e avaliação de um sistema reconfigurável de excitação convencional e chirp codificada pela técnica PWM para atividades de pesquisa do ultrassom. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | Sistemas reconfiguráveis baseados em FPGA têm sido propostos para compor o módulo gerador de formas de onda arbitrária (GFOA) para atender à necessidade de novos métodos de excitação em atividades de pesquisa do ultrassom. Nesta dissertação é apresentada a implementação e avaliação de um sistema aberto, flexível e reconfigurável GFOA monocanal pulso-eco, baseado no chip MD2131, para a geração de formas de onda complexas de excitação através da técnica de modulação PWM. O sistema permite a geração de Excitação Convencional Senoidal (ECS) e Excitação Chirp Codificada (ECC), sendo composto por uma interface gráfica de usuário (GUI) para simulação de formas de onda, controle do hardware e aquisição dos ecos brutos de ultrassom, um kit de FPGA e uma placa dedicada front-end de transmissão/recepção. A partir da simulação na GUI, os sinais sintetizados de PWM são transferidos, via interface USB, para a FPGA que controla o GFOA. Além do MD2131, a placa dedicada possui circuito front-end de recepção com o conversor analógico-digital ADS6123 com resolução de 12 bits e taxa de amostragem de 80 MSPS. Os testes de caracterização e desempenho do sistema foram realizados com carga RC e transdutores monoelemento de ultrassom com frequência central de 1,6 MHz e 5 MHz. Na etapa de recepção, avaliaram-se a largura de banda à meia altura (FWHM) e a distância relativa dos alvos de um phantom comercial de propósito geral com o transdutor de 1,6 MHz. As funcionalidades de ajuste de fase e controle da amplitude de apodização apresentaram resultados de frequência central de 5,03 ± 0,04 MHz, com carga RC, e 4,80 ± 0,03 MHz com transdutor usando pulso de ECS com frequência de 5 MHz, duração de 3 ciclos e janelamento Hanning. A amplitude máxima das formas de onda geradas foi 166 V e 55 V para carga RC e transdutor de 5 MHz, respectivamente. Os resultados experimentais de ECS e ECC com a carga RC e transdutores, bem como a avaliação do sistema para captura de dados brutos a partir do phantom até a profundidade de 15 cm, comprovam que o sistema proposto é adequado para futuras pesquisas de otimização da resolução espacial e qualidade de imagem por ultrassom em aplicações de instrumentação médica e industrial. |
| Abstract: | Reconfigurable systems based on Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) have been proposed to compose the Arbitrary Waveform Generator (AWG) module to meet the need for new excitation methods in ultrasound research activities. This work presents the implementation and evaluation of an open, flexible, and reconfigurable single-channel Pulse-Echo AWG system based on the MD2131 chip for the generation of complex excitation waveforms using Pulse Width Modulation (PWM) modulation technique. The system allows the generation of Conventional Sinusoidal Excitation (CSE) and Coded Chirp Excitation (CCE) and consists of a Graphical User Interface (GUI) for waveform simulation, hardware control, and acquisition of raw ultrasound echoes, an FPGA kit, and a dedicated transmission/reception front-end board. Synthesized PWM signals from GUI simulations are transferred via a USB interface to the FPGA, which controls the AWG. In addition to the MD2131, the dedicated board features a reception front-end circuit with the 12-bit resolution 80 MSPS analog-to-digital converter ADS6123. System characterization and performance tests were conducted with RC loads and single-element ultrasound transducers with central frequencies of 1.6 MHz and 5 MHz. In the reception stage, the full width at half maximum (FWHM) and relative distance of targets were evaluated using a general-purpose commercial phantom with a 1.6 MHz transducer. Phase adjustment and amplitude apodization control functionalities yielded central frequencies of 5.03 ± 0.04 MHz with an RC load and 4.80 ± 0.03 MHz with a 5 MHz transducer using a CSE pulse with a duration of 3 cycles and Hanning windowing. The maximum amplitudes of the generated waveforms were 166 V and 55 V for RC load and 5 MHz transducer, respectively. Experimental results for CSE and CCE with the RC load and transducers, as well as the system’s evaluation for raw data capture from phantom to a depth of 15 cm, confirm that the proposed system is suitable for future research in optimizing spatial resolution and image quality in ultrasound applications for medical and industrial instrumentation. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32941 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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