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dc.creatorMedeiros, Renan Antonio Corrêa-
dc.date.accessioned2023-02-08T16:28:22Z-
dc.date.available2023-02-08T16:28:22Z-
dc.date.issued2022-09-23-
dc.identifier.citationMEDEIROS, Renan Antonio Corrêa. Sistema reconfigurável pulse/receiver para excitação ultrassônica convencional e chirp codificada usando modulação de amplitude de pulso. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30541-
dc.description.abstractSeveral research groups have addressed the study of new ultrasonic excitation techniques to optimize the relationship between spatial resolution and penetration depth of the acoustic beam. However, the generation of complex waveforms with short pulses using conventional sinusoidal excitation (CCS) and long pulses from coded chirp excitation (CCE), as well as the analysis of the ultrasound echoes generated by both techniques, requires appropriate electronic instrumentation, which is not always available to researchers. This dissertation presents a reconfigurable, flexible, and fully programmable arbitrary waveform generator (AWG) pulser/receiver (P/R) system for ECS and ECC research activities. The pulse-echo system consists of a Matlab-based graphical user interface GUI to control and acquire raw ultrasound echoes from a hardware structure formed by a DE2-115 FPGA kit and a proprietary board with the reception modules. (RX) and transmission (TX). The prototype board includes the AWG MD2134, which uses the pulse amplitude modulation technique, and the RX module, formed by the MD0100 T/R switch, VCA810 variable gain amplifier, and the 12-bit 80 MSPS ADS6123 analog-to-digital converter. The FPGA was programmed with Quartus Prime Lite software and, in addition to the codes implemented in VHDL language and intellectual property blocks, it includes a 32-bit Nios II processor to control and transfer the data packet with a length of 16384 samples to a computer. The characterization and performance tests of the system were carried out with RC load, two single-element transducers with a central frequency of 1.6 MHz and 5 MHz, and an ultrasound phantom with a speed of sound of 1540 ± 6 m/s. ECS signals of 3 cycles with a central frequency of 1.6 MHz and 5 MHz, and ECC with a duration of 5 µs and 10 µs, and frequency bands of 1.6 MHz ± 1 MHz and 5 MHz ± 2 MHz were evaluated. After acquiring phantom signals, filtering, envelope detection, and logarithmic compression steps were performed to calculate the speed of sound and FWHM parameters of 13 targets with a diameter of 1 mm, spaced at 1 cm in the axial direction. The experimental results of the mean sound propagation speed for ECS and ECC were 1566.51 ± 28.40 m/s and 1585.24 ± 62.50 m/s, with a mean error of 1.78% and 3.62%, respectively. The ECS method also showed better FWHM values, resulting in 1.48 ± 0.44 mm, compared to ECC of 2.12 ± 0.27 mm. The results show that the proposed system is suitable for future medical and industrial instrumentation applications, in addition to the study of coded excitation techniques through the application of matched and mismatched filters in the reception to detect deeper targets with the same spatial resolution provided by conventionally excited systems.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/pt_BR
dc.subjectUltrassompt_BR
dc.subjectModulação em amplitudept_BR
dc.subjectCircuitos de pulsopt_BR
dc.subjectProcessamento de sinais - Técnicas digitaispt_BR
dc.subjectSimulação (Computadores)pt_BR
dc.subjectInstrumentos e aparelhos médicospt_BR
dc.subjectUltrasonicspt_BR
dc.subjectAmplitude modulationpt_BR
dc.subjectPulse circuitspt_BR
dc.subjectSignal processing - Digital techniquept_BR
dc.subjectComputer simulationpt_BR
dc.subjectMedical instruments and apparatuspt_BR
dc.titleSistema reconfigurável pulse/receiver para excitação ultrassônica convencional e chirp codificada usando modulação de amplitude de pulsopt_BR
dc.title.alternativeReconfigurable pulse/receiver system for conventional and chirp coded ultrasound excitation using pulse amplitude modulationpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoO estudo de novas técnicas de excitação ultrassônica para otimizar a relação entre a resolução espacial e a profundidade de penetração do feixe acústico vem sendo endereçada por diversos grupos de pesquisa. Entretanto, a geração de formas de ondas complexas com pulsos curtos de excitação convencional senoidal (ECS) e longos de excitação chirp codificada (ECC), bem como a análise dos ecos de ultrassom gerados por ambas as técnicas, requer instrumentação eletrônica apropriada, que muitas vezes não é disponível aos pesquisadores. Nesta dissertação é apresentado um sistema gerador de forma de onda arbitrária (GFOA) pulser/receiver (P/R) reconfigurável, flexível e totalmente programável para atividades de pesquisa de ECS e ECC. O sistema pulso-eco consiste em uma interface gráfica de usuário GUI, baseada no Matlab, para controle e aquisição de ecos brutos de ultrassom, a partir de uma estrutura de hardware formado por um kit de FPGA DE2-115 e uma placa proprietária com os módulos de recepção (RX) e transmissão (TX). A placa protótipo inclui o GFOA MD2134, que utiliza a técnica de modulação por amplitude de pulso, e o módulo RX, formado pelo T/R switch MD0100, amplificador de ganho variável VCA810, e conversor analógico-digital ADS6123 de 12 bits e 80 MSPS. A FPGA foi programada com o software Quartus Prime Lite e, além dos códigos implementados em linguagem VHDL e blocos de propriedade intelectual, inclui um processador Nios II de 32 bits para controle e transferência do pacote de dados com comprimento de 16384 amostras para um computador. Os testes de caracterização e desempenho do sistema foram realizados com carga RC, dois transdutores monoelemento com frequência central de 1,6 MHz e 5 MHz, e um phantom de ultrassom com velocidade de propagação do som de 1540 ± 6 m/s. Foram avaliados os sinais de ECS de 3 ciclos com frequência central de 1,6 MHz e 5 MHz, e ECC com duração de 5 µs e 10 µs, e faixas de frequência de 1,6 MHz ± 1 MHz e 5 MHz ± 2 MHz. Após a aquisição de sinais do phantom, foram realizadas as etapas de filtragem, detecção de envoltória, e compressão logarítmica para o cálculo dos parâmetros de velocidade de propagação do som e largura à meia altura (FWHM) de 13 alvos com diâmetro de 1 mm, espaçados em 1 cm na direção axial. Os resultados experimentais da velocidade média de propagação do som para ECS e ECC foram de 1566,51 ± 28,40 m/s e 1585,24 ± 62,50 m/s, com erro médio de 1,78% e 3,62%, respectivamente. O método ECS também apresentou melhores valores de FWHM, resultando em 1,48 ± 0,44 mm, em comparação com ECC de 2,12 ± 0,27 mm. Os resultados comprovam que o sistema proposto é adequado para futuras aplicações de instrumentação médica e industrial, além do estudo de técnicas de excitação codificada por meio da aplicação de filtros casado e descasado na recepção para detecção de alvos mais profundos com a mesma resolução espacial proporcionada por sistemas com excitação convencional.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0003-3500-9526pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7799371514567058pt_BR
dc.contributor.advisor1Assef, Amauri Amorin-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2001-5387pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0720172921923496pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Maia, Joaquim Miguel-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-6309-8664pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6369674496221915pt_BR
dc.contributor.referee1Assef, Amauri Amorin-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2001-5387pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0720172921923496pt_BR
dc.contributor.referee2Mendes Júnior, José Jair Alves-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-5578-7734pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1920188611669631pt_BR
dc.contributor.referee3Souza, Mauren Abreu de-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-6137-918Xpt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7932254008088709pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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