使用 NI TestStand、LabVIEW 與 PXI 開發(fā)植入式助聽器測試系統(tǒng)
概述：使用 NI LabVIEW、PXI 電腦式儀器與 NI TestStand，建立一套自動化測試系統(tǒng)，能以 70% 的開發(fā)時間提供更多更靈活的功能。
我們針對內(nèi)部研發(fā)使用了新的 PXI 架構(gòu)功能測試系統(tǒng)，從電路板到組裝完成的產(chǎn)品，測試了 8 種不同的應用。我們也使用這套系統(tǒng)在公司內(nèi)部以及不同的代工廠中進行生產(chǎn)測試。系統(tǒng)需要執(zhí)行眾多的動作，包括捕捉、儲存與分析 5 MHz 信號的波形，將電力與資料穿越皮膚，傳送到植入物中。我們使用聲音測量、電壓參數(shù)測量、在不同負載情況下的電流測量，同時通過數(shù)字 I / O及 GPIB與外部設(shè)備溝通。我們使用 USB 通訊設(shè)備來控制定制電路板上的繼電器、開關(guān)與其他的硬件。系統(tǒng)也能夠準確調(diào)整共振電路并測試 I2C 通訊。系統(tǒng)會自動生成測試報告，同時通過網(wǎng)絡進行存貯，供日后統(tǒng)計分析之用。

NI TestStand 成果斐然
新的功能測試系統(tǒng)協(xié)助我們在緊迫的時間壓力下完成工作，將新產(chǎn)品的設(shè)計從概念階段帶入制造階段。NI TestStand 為我們的 LabVIEW 測試模塊制造了一個模塊化、可重復使用的測試架構(gòu)，NI TestStand 對我們來說非常實用。從的角度來看，我們現(xiàn)在可以在的短時間內(nèi)就開發(fā)完成測試系統(tǒng)，因為與軟硬件開發(fā)有關(guān)的大部分風險都被移除了。我們初期的訓練投資成本也因為開發(fā)這個的時間縮短，而且收回了成本。在未來的開發(fā)中，因為我們的工程師已經(jīng)習慣使用這些工具，所以我們預期開發(fā)的時間會縮短 30 %。

擷取的資料暫時儲存在CompactRIO 的內(nèi)部快閃硬碟中，然后透過無線連結(jié)自動下載到主要伺服器中，資料在主要伺服器中處理、與更多復雜的警報參數(shù)比較，然后儲存在資料庫中。如果無法無線連結(jié)到伺服器時，使用者可以透過短程、點對點的無線連結(jié)(使用者靠近機器鏟以建立連結(jié)) 連上并手動下載資料；接上乙太網(wǎng)路連接線，或是在CompactRIO的USB 插槽上插入隨身碟，資料便會自動上傳。<0}
資料一旦處理儲存好了，就可以供下列之用：使用者視覺化、分析、手動處理，以及在伺服器上進行趨勢管理，或是有網(wǎng)路可存取資料庫的電腦，也可進行趨勢管理。所有的組態(tài)、資料移轉(zhuǎn)、處理、視覺化與分析軟體都充分內(nèi)建在LabVIEW 里。

CompactRIO模塊
渦輪增壓器性能中重要的變量包含溫度、壓力和轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)組件包含多個NI C系列模塊，包括NI 9217 RTD模擬輸入模塊測量電阻溫度傳感器（RTD）溫度、NI 9211熱電偶輸入模塊測量熱電偶溫度、NI 9203數(shù)據(jù)采集模塊測量壓力和電流、NI 9423漏極數(shù)字輸入模塊測量轉(zhuǎn)速。此外，還采用了NI 9265同步更新模擬輸出模塊作為系統(tǒng)和模擬輸出值的外部接口，NI 9425漏極數(shù)字輸入模塊和NI 9476源數(shù)字輸出模塊用于數(shù)字I/O值。檢測系統(tǒng)由系統(tǒng)操作員通過用戶界面進行控制。監(jiān)視外部系統(tǒng)使得用戶可以控制和管理整個系統(tǒng)。
結(jié)論
渦輪增壓器是車輛引擎的重要部分，其性能直接影響整個引擎的性能。對渦輪增壓器性能進行適當?shù)臏y試是確保終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。以前的PLC系統(tǒng)無法提供所需的精度。使用基于CompactRIO的全新檢測系統(tǒng)替換PLC系統(tǒng)節(jié)省了空間，并且提供了更高的精度、更高的分辨率和更好的性能。此外，由于系統(tǒng)開發(fā)員熟悉CompactRIO的開發(fā)方法，可以在短時間內(nèi)讓系統(tǒng)開始運行，這樣節(jié)省了時間和開發(fā)資源。

使用LabVIEW 與DAQ 監(jiān)控人體于動態(tài)平臺上的擺動
概述：使用NI LabVIEW軟體搭配NI資料擷取(DAQ)硬體建構(gòu)平臺，其表面具備122組應力感測電阻器(FSR)并能以200 Hz進行取樣，以量測人體擺動與平衡的控制情形。

人體即使在直立時，亦需隨時保持著穩(wěn)定性。人體整合多種機制，才能避免身體在靜、動態(tài)的條件下跌倒。測力板(Force platform) 與Stabilogram 均為量測、量化人體平衡度的標準。另根據(jù)時間概念而搜集壓力中心(COP)，以呈現(xiàn)姿勢控制的結(jié)果。基本上是以表面支撐人體中心，再垂直投射相關(guān)應力。主機電腦將根據(jù)FSR 的訊號而執(zhí)行一系列的計算作業(yè)，以取得COP (如圖1)。

圖1. 負責計算人體足部擺動的程式圖區(qū)塊
大多數(shù)的姿勢與平衡計量技術(shù)，均是主動操作姿勢或平衡狀態(tài)，再計算出人體的反應。在此系統(tǒng)中，我們是讓人體于不穩(wěn)定的支撐表面上保持平衡，達到自我反應的效果。若讓人體站在可移動的支撐表面上，亦可達到相同的變數(shù)。針對任何測試點，我們的平臺可達到不同方向的平衡紊亂(如圖2)。
在銜接儀器之后，此平臺可隨時追蹤人體COP 的移動，再顯示各種狀態(tài)下的人體穩(wěn)定程度。此時如BOSU Balance Trainer 的動態(tài)表面就極其重要，可完整補償姿勢控制器統(tǒng)，而模擬動態(tài)條件。與僅能模擬靜態(tài)條件的靜態(tài)平臺相較，動態(tài)表面更能呈現(xiàn)病理學方面的問題。
儀器控制
此堅固平臺的直徑為635 mm，非平面的圓頂直到動態(tài)平臺之處均為柔軟材質(zhì)(如圖2)。另有薄薄一層FSR 排列為陣列，固定于平臺之上。我們另于平臺之上安裝感測器，以捕捉不同的站立姿勢，并達到更大的儀控面積(如圖2)。此系統(tǒng)好能盡量減少各種限制。
每次進行EO 實驗，COP 明顯均集中在同一區(qū)域。但若進入EC 實驗，受測人員的COP 分布就會產(chǎn)生的變化。結(jié)果顯示，所有受測人員若要在不平衡的表面上達到平衡，將極度依賴自己生理上的本體感受器(Proprioceptor) 告知大腦目前狀態(tài)，也解釋了COP 分配區(qū)域大幅增多的原因。
一項對EC 實驗的有趣觀察指出，若受測人員對生活形態(tài)抱持輕微的積極態(tài)度，則搖擺的程度較大；若對生活形態(tài)抱持適當?shù)姆e極態(tài)度，其搖擺程度亦較小。不同的生活形態(tài)亦反應出COP 的分配范圍。與適當積極態(tài)度的受測人員相較，較不積極的人其COP 分配范圍亦較大。
若受測人員已熟悉了Balance Trainer 動態(tài)平臺，亦將更能控制COP 的分配范圍，亦能進一步控制自己的本體感受器。在實際擷取資料之前，這些受測人員已經(jīng)實際使用動態(tài)平臺達7 天。
結(jié)論
總的來說，我們用LabVIEW 與DAQ 建構(gòu)動態(tài)平圖，可了解人體在不穩(wěn)定表面上的平衡狀態(tài)。儀控式的動態(tài)平臺顯示了下列特性：
? 測得受測人員的姿勢控制與擺動情形若受測人員的COP分配范圍較大，也耗上更多力氣才能達到平衡
? 受測人員若對生活抱持積極的態(tài)度，也展現(xiàn)了較佳的姿勢控制能力
? 在切斷視覺之后，人體會立刻切換為本體感受器，通知身體是否在特定方向的擺動幅度過大
? 受測人員在熟悉了平臺之后，亦將縮小其COP分配范圍綜合以上結(jié)論，受測人員只要能控制自己的本體感受器，就越能在非平衡的表面上讓自己保持平衡。
使用LabVIEW 與NI CompactDAQ 測試小型牽引機的噪音與振動
概述：使用LabVIEW and NI CompactDAQ模組架構(gòu)的可攜式資料擷取系統(tǒng)記錄測試參數(shù)并且根據(jù)受測的單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。

我們選擇LabVIEW 架構(gòu)的可攜式DAQ 系統(tǒng)，且NI CompactDAQ 模組可輕松攜帶至戶外測試場地。系統(tǒng)將記錄測試參數(shù)，并根據(jù)受測單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。另外，我們也可重新設(shè)定系統(tǒng)，以用于如振動量測的其他應用。
LabVIEW 圖形化程式設(shè)計的特性，讓我們可輕松學習，且軟體亦可無限制客制化。因為如此，我們功能以NI 軟體工程師撰寫的程式迅速上手，再針對自己的需求客制化其輸入與輸出，針對各個特定測試產(chǎn)生所需的報表。
牽引機噪音滿足多項排放標準，而為保護使用者所訂定的引擎噪音也有多種規(guī)范。售往歐洲的牽引機，先通過完整的測試，除了表明該設(shè)備已符合特定的歐洲標準，并需標示其他測試中的聲音功率強度。這些規(guī)范可避免機器損害使用者的聽力，且若人體長期暴露于高噪音與高振動的環(huán)境中，往往會對身體造成不良的影響。
聲音功率量測
適用于聲音功率的LabVIEW 參考函式庫VI，加上NI Sound and Vibration Measurement Suite，可讓我們按照ISO-3744 的標準，透過聲源周圍的麥克風陣列，而計算出聲音功率。聲音功率代表由聲源所發(fā)出的聲音能量強度，并可用于大多數(shù)的環(huán)境噪音測試作業(yè)。在受測聲源周圍，排列出既定幾何圖案的麥克風陣列，即可進行量測作業(yè)。我們將麥克風所測得的聲壓強度(dB ref 20 μPa) 加以平均，隨即得出聲音功率強度(dB ref 1 pW)。
此標準另說明麥克風幾何形式的大小與形狀，還有修正背景噪音的方式。在計算總聲音功率強度之前，我們平均表面區(qū)域的聲壓強度，以獲得表面的平均分數(shù)倍頻頻譜。在得出表面的平均分數(shù)(Octave) 頻譜之后，即可測定全部的聲音功率強度。聲音強度的量測結(jié)果，可透過各個頻帶(Band) 中的聲音強度，呈現(xiàn)為總強度或分數(shù)倍頻頻譜。我們使用內(nèi)建的參照函式庫VI，并由NI 工程師協(xié)助使用LabVIEW，客制化聲音功率的量測程式。
測試場地
我們于草地上建造半徑13 公尺的戶外水泥測試地。每6 個麥克風為1 組陣列，并安裝于三腳架上，且其中2 組三腳架約為518 公分(17 英尺) 高。為了設(shè)置測試作業(yè)，我們使用自己設(shè)計的容器安裝并保護的腳架、連接線、麥克風、筆記型電腦，與測試小桌。我們共設(shè)置6 組麥克風腳架，并有連接線將各組麥克風連至DAQ 機箱。完成參考量測以校準系統(tǒng)之后，隨即開始測試。
使用LabVIEW測量內(nèi)燃機氣缸壓力
概述：基于LabVIEW軟件控制的DAQ板卡，開發(fā)出OPTIMIZER——一款靈活、經(jīng)濟的基于PC的氣缸壓力測量分析系統(tǒng)。

背景
內(nèi)燃機的性能，取決于許多因素。對于給定壓縮比的情況，佳馬力和發(fā)動機扭矩會出現(xiàn)在以下情況：
? 每個氣缸的進氣口和進氣閥的進氣量均達到大
? 燃料/空氣處于適當比例
? 燃料和空氣充分混合
? 調(diào)整點火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空氣混合物的燃燒產(chǎn)生的壓力產(chǎn)生了發(fā)動機的扭矩和動力，所以在發(fā)動機研發(fā)中重要的檢查參數(shù)就是在壓縮和做功沖程中的氣缸壓力大小及其定時。進氣歧管的臺架測試是在恒流情況下記錄一定壓降下的氣流情況。但當安裝在發(fā)動機上后，進氣歧管的氣流就變成了受活塞運動、進氣閥面積、氣閥定時和重疊時間以及流道形狀影響的非恒流過程。這些參數(shù)的共同作用，往往會導致多缸發(fā)動機不同氣缸進氣差異。
優(yōu)化發(fā)動機性能的步就是設(shè)計進氣歧管和氣閥系以大限度的給每一個氣缸提供等量空氣。對于給定的壓縮比和進氣口溫度，操作者可以通過測量點火之前壓縮沖程中的氣缸壓力來獲得進氣信息。因為油氣混合物的燃燒是一個復雜的反應過程，牽涉到很多氣缸的幾何因素以及其它因素，如油氣混合情況、汽油辛烷值、燃料當量比、發(fā)動機溫度、空氣溫度和濕度，以及點火時間等—— 調(diào)整這些參數(shù)，以獲得佳的性能，將是一個相當大的挑戰(zhàn)。
通過觀察氣缸壓力測量值以及峰值壓力相對活塞頂死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，發(fā)動機技術(shù)人員可以迅速將發(fā)動機調(diào)校到佳性能。由燃燒質(zhì)量分數(shù)可見，對于大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)動機而言，如果峰值壓力出現(xiàn)在TDC之后12到15度，并且燃燒發(fā)生在TDC附近的等容階段時，發(fā)動機將表現(xiàn)出佳性能。但在給定壓縮比和燃油辛烷值情況下，為了達到佳性能所采取的點火提前可能會因為嚴重的火花爆擊現(xiàn)象而導致氣閥過熱。因此，在性能優(yōu)化過程中，發(fā)動機技術(shù)人員需要檢測TDC之后的10和40度之間火花爆擊的氣缸壓力。如果檢測到爆震，點火提前取消，以避免活塞受損。
使用LabVIEW和PXI定位飛行過程中飛機的噪聲源
概述：基于NI LabVIEW軟件搭建一個應用程序，并使用NI PXI硬件從布置在跑道上的相位麥克風陣列采集數(shù)據(jù)。

研究客機上的噪聲源
為了能開發(fā)出更為安靜的客機，我們定位所有的噪聲源，以加強我們對噪音生成原理的認識。在開發(fā)一架飛機時，我們可以通過數(shù)值分析和模型測試預測噪音等級。然而，實際飛機噪音的屬性和特性只能在實際飛行測試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來定位噪音源是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用定位噪聲源的方法，同時能獲得噪聲源的振幅。雖然我們在JAXA項目上小型模型飛機的風洞測試和飛行測試中已經(jīng)發(fā)展并改進了這項技術(shù)，但還未曾將這項技術(shù)應用于實際飛行的飛機中。2009年，我們擁有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商務機。2010年，我們開始在跑道上設(shè)置了相位麥克風陣列，通過噪聲源定位測量來驗證我們現(xiàn)有的技術(shù)，并找到可以提高的空間。
相位麥克風陣列的測量
相位陣列包含了許多麥克風，分布在一個大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達每個麥克風時間的微小差別，我們可以估算出每個噪聲源的位置和強度。在這個測試中，我們設(shè)計了相位陣列來辨識飛行于120米高度的飛機上兩個相距4米的1kHz音頻信號。這個相控陣列包含了99個麥克風，分布在一個直徑30米的圓形區(qū)域上。
飛行中的噪聲源定位測試包括飛機發(fā)動機狀態(tài); 聲覺測量，以及飛機飛過相位陣列時的位置、高度和速度。因為飛機產(chǎn)生的噪音在傳輸?shù)降孛纣溈孙L的過程中會被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風向、速度、溫度和濕度。