Sinais modulados em freqüência, na área de ultra-som denominados chirps, são de
ampla difusão já há algumas décadas. Recentemente, o Inmetro vem desenvolvendo, de maneira pioneira, aplicações metrológicas de uma codificação denominada Coded
Excitation Pulse (CEP), nas freqüências sônicas. O objetivo desta tese é estudar o CEP,
utilizando-o como sinal de excitação ultra-sônica em metrologia na área biomédica.
Inicialmente, diversas variáveis da implementação do CEP foram avaliadas através de
simulações computacionais, e os resultados balizaram os 4 experimentos realizados. No
primeiro experimento, observou-se um aumento, estatisticamente significativo
(p < 0,0001), de 2,3 vezes na largura de banda da resposta de um sistema ultra-sônico ao
CEP, devidamente projetado, mantendo-se a mesma instrumentação. Aplicando a
mesma técnica no segundo experimento, foi possível validar resultados de medição de
atenuação ultra-sônica em uma largura de banda de 4,570 ± 0,007 MHz utilizando um
sistema com banda de MHz 1,788 ± 0,012 , variando menos do que 0,1 dB em relação à
curva teórica de atenuação. No terceiro experimento, a calibração de transdutores com
o CEP se mostrou mais vantajosa, qualitativamente, do que com tons puros (stepped
sine) ou com 1 ciclo de senóide como sinais de excitação, nas regiões em que efeitos
não lineares e difração se destacam. Finalmente, na calibração de hidrofones, o uso do
CEP resultou em valores de sensibilidade idênticos aos obtidos com um método da
propagação não-linear, dentro da incerteza de ±1 dB atribuída ao método.
ABSTRACT - Frequency modulated signals, known as chirps in ultrasound, have wide
applicability for decades. Recently, metrological applications of a codification named
Coded Excitation Pulse (CEP) is under pioneer development at Inmetro, in the audible
frequency range. The aim of this thesis is to study the CEP, employing it as ultrasonic
excitation signal for biomedical metrology. Firstly, several variables concerning CEP
implementation were evaluated through computational simulations, and the results were
used as guidelines to the 4 experiments undertaken. In the first experiment, it was
observed a statistically significant (p < 0.0001) bandwidth broadening of 2.3 times the
system output bandwidth when excited by a properly designed CEP, keeping the same
experimental setup. Applying the same technique in a second experiment, it was
possible to validate attenuation measurement results in a bandwidth of
4.570 ± 0.007 MHz using a system with 1.788 ± 0.012 MHz of bandwidth. In the third
experiment, ultrasonic transducer calibration applying CEP became qualitatively more
advantageous than the stepped sine technique or using single-cycle sine as excitation
signal, particularly at those regions where nonlinear propagation effects and diffraction
play a key role. Finally, hydrophone calibration with CEP resulted in sensitivity equal
to that assessed with the nonlinear propagation technique, within the ±1 dB uncertainty
attributed to the method.
