利用labview為風(fēng)機系統(tǒng)控制軟件測試開發(fā)硬件在環(huán)仿真器
概述：使用NI TestStand、LabVIEW實時模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺創(chuàng)建用于西門子風(fēng)機控制系統(tǒng)的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測試系統(tǒng)。
由于我們的軟件定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測試軟件，驗證這些軟件將會在風(fēng)力站的環(huán)境下可靠執(zhí)行。在每個軟件發(fā)布時，我們在現(xiàn)場使用軟件之前，需要先在工廠接受性能測試。這個全新的測試系統(tǒng)讓我們能夠自動化這個流程。
從過去系統(tǒng)中學(xué)到的經(jīng)驗
我們之前的測試系統(tǒng)是在10年前開發(fā)的，它基于另一個軟件環(huán)境和PCI數(shù)據(jù)采集板卡。測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和性能無法滿足我們對全新的測試時間和擴展性的需求。維護也十分困難，并且不能自動化完成有效的測試。它還缺乏對測試結(jié)果自動生成文檔和測試的可跟蹤性，不提供所需的遠程控制功能。此外，過去的HIL測試環(huán)境不支持多核處理，因此我們無法利用新多核處理器的計算能力。
未來系統(tǒng)的決定
在評價可用的技術(shù)之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實時現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）硬件，開發(fā)我們?nèi)碌臏y試解決方案。我們相信這個技術(shù)會帶來靈活性和可擴展性，滿足我們未來的技術(shù)需求。同時，我們從NI提供的服務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量中，建立了對解決方案的信心。
由于我們在測試內(nèi)部系統(tǒng)中并沒有深入的開發(fā)經(jīng)驗，我們將開發(fā)外包給位于丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因為他們具有測試工程能力和歐洲多的LabVIEW認證架構(gòu)師。CIM成功開發(fā)了這個項目，我們對得到的服務(wù)感到十分高興。
靈活的實時測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
全新的測試系統(tǒng)通過在LabVIEW實時模塊系統(tǒng)中，運行組件仿真模型，仿真實時風(fēng)機組件的行為，為被測系統(tǒng)提供仿真信號。

圖2：西門子風(fēng)力測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
主計算機包含直觀的LabVIEW用戶圖形界面，能夠方便地通過在面板中移動組件進行調(diào)整。Windows操作系統(tǒng)應(yīng)用程序與兩個不兼容實時任務(wù)的外部儀器進行通信。

圖3：主計算機具有直觀的LabVIEW用戶圖形界面。
在主計算機上的軟件通過以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機箱中的LabVIEW實時目標進行通信。LabVIEW實時模塊運行通常包含20到55個并行執(zhí)行的仿真DLL的仿真軟件。這個解決方案能夠調(diào)用使用幾乎所有建模環(huán)境開發(fā)的用戶模型，例如NI LabVIEW控制設(shè)計與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink?軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環(huán)的典型執(zhí)行速率是24 ms，為滿足未來處理能力擴展需求提供了大量裕量。
用于定制風(fēng)力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡
由于缺少現(xiàn)有標準，在風(fēng)機中使用的定制通信協(xié)議很多。使用基于NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協(xié)議進行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個設(shè)備仿真磁性傳感器和三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151R系列擴展機箱連接，進一步提高了系統(tǒng)通道數(shù)。
全新測試系統(tǒng)的優(yōu)點
相比上一代解決方案有許多優(yōu)點。由于系統(tǒng)的模塊化特性，進行改進、修改和進一步開發(fā)十分簡單。被測系統(tǒng)可以在無需測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)任何變化的情況下進行快速替換。遠程控制功能和系統(tǒng)的簡單復(fù)制讓我們能夠在需要進行擴展時，靈活地將系統(tǒng)復(fù)制到其他站點。
仿真器為環(huán)境提供了在實驗室中驗證新軟件發(fā)布和測試特殊解決方案的能力。它還給了我們測試我們正在研究的新技術(shù)和新概念的工具。

利用下一代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)以及PXI模塊化儀器系統(tǒng)與NI LabVIEW進行進展性癌癥研究
概述：使用OCT技術(shù)與授予專利的光源技術(shù)，并通過帶有32個PXI-5105數(shù)字化儀的256同步通道的高速(60Ms/s）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)予以實現(xiàn)。

OCT是一種非入侵式成像技術(shù)，它提供半透明或不透明的材料的表下、斷層圖像。OCT圖像使我們可以以與一些顯微鏡相近的精度可視化地展現(xiàn)組織或其他物體。OCT越來越受到研究人員的關(guān)注，因為它具有比核磁共振成像（MRI）和正電子發(fā)射型斷層成像（PET）等其他成像技術(shù)高很多的分辨率。此外，該方法不要求我們作其他準備，而且對于患者非常安全，因為我們使用的激光輸出能量非常之低并且無需使用電離輻射。
OCT利用一個低功耗光源及其相應(yīng)的光反射以創(chuàng)建圖像，該方法類似于超聲，但我們監(jiān)測的是光波，而不是聲波。當我們將一束光投射在一個樣品上，其中大部分光線被散射，但仍有小部分光線以平行光的形式反射，這些平行光可以被檢測到并用于創(chuàng)建圖像。
別系統(tǒng)概覽
我們的任務(wù)便是利用光學(xué)解復(fù)用器創(chuàng)建一個高速傅立葉域OCT系統(tǒng)，以支持來自以192.2 THz為中心頻率、頻率間隔為25.0 GHz的寬帶入射光（波長為1559.8 nm）的256個窄頻帶的分隔。頻譜分離使得PXI-5105數(shù)字化儀的256個高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）通道能以60 MS/s的采樣率進行數(shù)據(jù)采集，并對所有的頻帶進行同步檢測。
我們的系統(tǒng)包含32塊8通道的PXI-5105數(shù)字化儀，它們分布在三個18槽的NI PXI-1045機箱上。我們利用NI PXI-6652定時與同步模塊和NI-TClk同步技術(shù)，實現(xiàn)不同機箱上的數(shù)字化儀的同步，它提供了數(shù)十皮秒精度級的通道間相位同步性。我們選用PXI-5105是因為其高通道密度——每塊板卡八個輸入通道，這樣使得256個高速通道的系統(tǒng)保持較小的外形尺寸。當我們完成數(shù)據(jù)采集之后，我們利用LabVIEW進行數(shù)據(jù)處理和可視化展示。
利用傅立葉域OCT系統(tǒng)中的光解復(fù)用器充當頻譜分析儀，實現(xiàn)了每秒六千萬次軸向掃描的OCT成像。利用一臺共振掃描裝置進行幀速率為16 kHz、每幀1400 A-線和3毫米深度范圍的左右掃查，我們的OCT成像展示了23 μm的精度。
系統(tǒng)深度描述
在我們的系統(tǒng)中，所采用的光源是一個寬帶超發(fā)光二極管（SLD，由NTT電子提供原型產(chǎn)品）。我們利用一個半導(dǎo)體光放大器（SOA，來自COVEGA公司，BOA-1004型）放大該SLD的輸出光信號，并利用耦合器（CP1）將其等分導(dǎo)入到樣本支路和參考支路。我們調(diào)整SOA1的輸出光信號強度，使得樣本信號的功率為9 mW，以滿足ANSI的安全限制。我們的系統(tǒng)利用一個準直透鏡（L1）和一個物鏡（L2），將樣本支路光信號導(dǎo)入到采樣點（S）。我們使用一個共振掃描裝置（RS、光電產(chǎn)品、SC-30型）和一個電鏡（G，劍橋技術(shù)出品，6210型）掃描采樣點的光束。我們的系統(tǒng)利用光照明光學(xué)收集來自采樣點的后向散射或后向發(fā)射的光信號，并利用一個光循環(huán)裝置C1將其導(dǎo)入至SOA2（來自COVEGA公司，BOA-1004型）。我們通過一個耦合器CP2（耦合比為50：50）整合SOA2的輸出信號與參考光信號。該參考支路由光循環(huán)裝置C2、準直透鏡L3和參考反射鏡RM組成。
我們的系統(tǒng)利用兩只光解復(fù)用器（OD1與OD2）分離CP2的輸出信號，以實現(xiàn)平衡檢測。它利用平衡圖片接收裝置（來自New Focus公司，2117型）——共有256個圖片接收裝置，檢測來自這兩個OD的具有相同光頻率的輸出信號。它利用前述快速多通道ADC系統(tǒng)的32塊PXI-5105數(shù)字化儀，檢測來自圖片接收裝置的輸出信號。所采集數(shù)據(jù)在單次采集過程中存儲于數(shù)字化儀的板載深度存儲器中，然后傳輸至計算機供分析。
就同步檢測干涉頻譜而言，OD-OCT與SD-OCT相似。其差別在于OD-OCT同時在不同頻率以數(shù)據(jù)采集速率檢測整個干涉圖譜，而不是像SD-OCT那樣——在某個時間跨度內(nèi)累計輸入到CCD檢測裝置中。因而，它根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率——在現(xiàn)有系統(tǒng)中該速率高達60 MHz——來確定軸向掃描速率。共振掃描裝置的16 kHz速率確定了幀速率。我們僅使用了一個掃描方向進行數(shù)據(jù)采集（50%的占空比），從而得到每幀的采樣時間為31.25 μs。該系統(tǒng)在每幀中獲得1875次軸向掃描；然而，由于共振掃描裝置的左右掃查呈高度非線性，我們僅使用了1400次軸向掃描，舍棄了475次軸向掃描。
研究結(jié)果
我們將動態(tài)范圍定義為點擴散函數(shù)（PSF）的峰值與樣本支路暢通時的背景噪聲間的比值。我們根據(jù)結(jié)果估計，動態(tài)范圍在各種深度下均約為40 dB并隨著深度加深略有下降。OD-OCT的一個技術(shù)優(yōu)勢在于AWG的每個通道所檢測的頻帶寬度小于25 GHz的頻率間距。40 dB的動態(tài)范圍基本足夠生物組織的測量。
我們利用中性密度濾光鏡將發(fā)射光衰減了39.3 dB。粗實曲線是在阻塞樣本光信號的情況下測量所得的背景噪聲。由這些數(shù)值確定的敏感度按照右手側(cè)的垂直刻度標示。
圖像的滲入深度約1毫米，淺于通常利用SS-OCT或SD-OCT獲得的2毫米滲入深度。這是由低敏感度決定的。為得到一幅3D圖像，需要大量的OCT截面。受限于存儲器的大小，我們把采樣率降至10 MHz。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來的測試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測試不同版本的產(chǎn)品，以及開放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測試執(zhí)行功能來節(jié)省開發(fā)時間。
使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測試序列，然后監(jiān)控測試過程。界面也會提供即時資料更新給操作員、生成測試報告，然后將所有的測試資訊記錄到資料庫中，供日后分析之用。我們在 LabVIEW 中撰寫個別的測試，這也可以節(jié)省開發(fā)時間，因為我們擁有龐大的函數(shù)庫可以測量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過模塊化操作界面進行序列控制，并將其與個別測試模塊分開，我們便能將開發(fā)的成果使用于更多有類似測試需求的產(chǎn)品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數(shù)據(jù)，我們的研發(fā)與生產(chǎn)工程師就能進行分析并找出趨勢，并制作生產(chǎn)收益的報告。他們也會使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過程中找出待改進之處。記錄中擁有所有的測試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測試儀器的校正日期、測試時間，以及產(chǎn)品的通過 / 失敗狀態(tài)。

使用labview、CompactRIO開發(fā)嵌入式渦輪增壓器性能檢測系統(tǒng)
概述：與之前的解決方案相比，使用NI CompactRIO開發(fā)嵌入式渦輪增壓器檢測系統(tǒng)，提供更高的精度、準確性和穩(wěn)定性。

我們用基于CompactRIO的嵌入式系統(tǒng)替換了現(xiàn)有的可編程邏輯控制器（PLC）檢測系統(tǒng)，從而提高了控制的精度級別。與之前的PLC解決方案相比，新系統(tǒng)具有多個優(yōu)勢，包括的閥門控制和更的溫度、壓力和轉(zhuǎn)速測量。由于CompactRIO具有更高的性能和穩(wěn)定性，新系統(tǒng)能夠快速地完成例如渦輪增壓器預(yù)備性能檢測和信息分析等功能，從而可以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
在開發(fā)時間和資源分配方面，需要一個人進行硬件設(shè)計兩個月，一個人進行軟件開發(fā)三個月以及一個人進行調(diào)試和檢測一個月。
基于CompactRIO的全新檢測系統(tǒng)可以測量用于船只引擎驅(qū)動的渦輪增壓器的性能，。天然氣、空氣和汽油的輸入量需要根據(jù)安裝的閥門進行調(diào)節(jié)。根據(jù)調(diào)節(jié)后的量，渦輪增壓器、渦輪映射和壓縮機映射的效率使用關(guān)于渦輪增壓器的壓力、溫度和速度值進行測量。

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(yīng)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?；旧鲜且员砻嬷稳梭w中心，再垂直投射相關(guān)應(yīng)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(zé)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(yīng)。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(yīng)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(xué)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。