LabVIEW开发株洲航空动力机械研究所项目,LabVIEW解密

利用下一代医学成像技术以及PXI模块化仪器系统与NI LabVIEW进行进展性癌症研究
概述：使用OCT技术与授予专利的光源技术，并通过带有32个PXI-5105数字化仪的256同步通道的高速(60Ms/s）数据采集系统予以实现。

OCT是一种非入侵式成像技术，它提供半透明或不透明的材料的表下、断层图像。OCT图像使我们可以以与一些显微镜相近的精度可视化地展现组织或其他物体。OCT越来越受到研究人员的关注，因为它具有比核磁共振成像（MRI）和正电子发射型断层成像（PET）等其他成像技术高很多的分辨率。此外，该方法不要求我们作其他准备，而且对于患者非常安全，因为我们使用的激光输出能量非常之低并且无需使用电离辐射。
OCT利用一个低功耗光源及其相应的光反射以创建图像，该方法类似于超声，但我们监测的是光波，而不是声波。当我们将一束光投射在一个样品上，其中大部分光线被散射，但仍有小部分光线以平行光的形式反射，这些平行光可以被检测到并用于创建图像。
别系统概览
我们的任务便是利用光学解复用器创建一个高速傅立叶域OCT系统，以支持来自以192.2 THz为中心频率、频率间隔为25.0 GHz的宽带入射光（波长为1559.8 nm）的256个窄频带的分隔。频谱分离使得PXI-5105数字化仪的256个高速模数转换器（ADC）通道能以60 MS/s的采样率进行数据采集，并对所有的频带进行同步检测。
我们的系统包含32块8通道的PXI-5105数字化仪，它们分布在三个18槽的NI PXI-1045机箱上。我们利用NI PXI-6652定时与同步模块和NI-TClk同步技术，实现不同机箱上的数字化仪的同步，它提供了数十皮秒精度级的通道间相位同步性。我们选用PXI-5105是因为其高通道密度——每块板卡八个输入通道，这样使得256个高速通道的系统保持较小的外形尺寸。当我们完成数据采集之后，我们利用LabVIEW进行数据处理和可视化展示。
利用傅立叶域OCT系统中的光解复用器充当频谱分析仪，实现了每秒六千万次轴向扫描的OCT成像。利用一台共振扫描装置进行帧速率为16 kHz、每帧1400 A-线和3毫米深度范围的左右扫查，我们的OCT成像展示了23 µm的精度。
系统深度描述
在我们的系统中，所采用的光源是一个宽带超发光二极管（SLD，由NTT电子提供原型产品）。我们利用一个半导体光放大器（SOA，来自COVEGA公司，BOA-1004型）放大该SLD的输出光信号，并利用耦合器（CP1）将其等分导入到样本支路和参考支路。我们调整SOA1的输出光信号强度，使得样本信号的功率为9 mW，以满足ANSI的安全限制。我们的系统利用一个准直透镜（L1）和一个物镜（L2），将样本支路光信号导入到采样点（S）。我们使用一个共振扫描装置（RS、光电产品、SC-30型）和一个电镜（G，剑桥技术出品，6210型）扫描采样点的光束。我们的系统利用光照明光学收集来自采样点的后向散射或后向发射的光信号，并利用一个光循环装置C1将其导入至SOA2（来自COVEGA公司，BOA-1004型）。我们通过一个耦合器CP2（耦合比为50：50）整合SOA2的输出信号与参考光信号。该参考支路由光循环装置C2、准直透镜L3和参考反射镜RM组成。
我们的系统利用两只光解复用器（OD1与OD2）分离CP2的输出信号，以实现平衡检测。它利用平衡图片接收装置（来自New Focus公司，2117型）——共有256个图片接收装置，检测来自这两个OD的具有相同光频率的输出信号。它利用前述快速多通道ADC系统的32块PXI-5105数字化仪，检测来自图片接收装置的输出信号。所采集数据在单次采集过程中存储于数字化仪的板载深度存储器中，然后传输至计算机供分析。
就同步检测干涉频谱而言，OD-OCT与SD-OCT相似。其差别在于OD-OCT同时在不同频率以数据采集速率检测整个干涉图谱，而不是像SD-OCT那样——在某个时间跨度内累计输入到CCD检测装置中。因而，它根据数据采集系统的数据采集速率——在现有系统中该速率高达60 MHz——来确定轴向扫描速率。共振扫描装置的16 kHz速率确定了帧速率。我们仅使用了一个扫描方向进行数据采集（50%的占空比），从而得到每帧的采样时间为31.25 μs。该系统在每帧中获得1875次轴向扫描；然而，由于共振扫描装置的左右扫查呈高度非线性，我们仅使用了1400次轴向扫描，舍弃了475次轴向扫描。
研究结果
我们将动态范围定义为点扩散函数（PSF）的峰值与样本支路畅通时的背景噪声间的比值。我们根据结果估计，动态范围在各种深度下均约为40 dB并随着深度加深略有下降。OD-OCT的一个技术优势在于AWG的每个通道所检测的频带宽度小于25 GHz的频率间距。40 dB的动态范围基本足够生物组织的测量。
我们利用中性密度滤光镜将发射光衰减了39.3 dB。粗实曲线是在阻塞样本光信号的情况下测量所得的背景噪声。由这些数值确定的敏感度按照右手侧的垂直刻度标示。
图像的渗入深度约1毫米，浅于通常利用SS-OCT或SD-OCT获得的2毫米渗入深度。这是由低敏感度决定的。为得到一幅3D图像，需要大量的OCT截面。受限于存储器的大小，我们把采样率降至10 MHz。

使用CompactRIO、labview 平台监控露天矿场使用的机器铲
概述：使用NI CompactRIO平台与NI LabVIEW软体来创造的客制化振动与压力连续监控系统。

露天矿场使用的机器铲是大型、活动式、非静止的机器，用来装载卡车，将矿石运送到加工厂。通常机器铲与卡车的数量比例约为1 比12，所以机器铲若发生意外的停工，便会对产量造成直接的影响，所以机器铲被视为关键性的机器。
习惯上来说，要为这种机器铲进行状态监控与预测性技术是很困难的，这是因为缺乏足够的分析运算法与设备，而且环境太过恶劣。普通设备的传统振动分析(旋转机器进行预测性维修的主要工具) 是根据傅叶尔转换来执行的，傅叶尔转换会假设旋转速度不变。这对机器铲来说是不够的，所以便使用另1 种方法。
因为急需从回应式、预防式的维修策略转变成预测式、主动式的策略，所以便开发了SiAMFlex 这种弹性监控系统(Advanced System for Flexible Monitoring)。原先是智利Concepción 大学Pedro Saavedra 教授所进行的计画，目的是要为机器铲的振动信号发展出适当的振动分析运算法。等到运算法发展完毕之后，下一步就是执行SiAMFlex 做为连续监控系统的核心。现在SiAMFlex 是由CADETECH 公司支援并持续更新，以维持完整的机械结构资产完整管理与分析工具。

使用labview、CompactRIO开发嵌入式涡轮增压器性能检测系统
概述：与之前的解决方案相比，使用NI CompactRIO开发嵌入式涡轮增压器检测系统，提供更高的精度、准确性和稳定性。

我们用基于CompactRIO的嵌入式系统替换了现有的可编程逻辑控制器（PLC）检测系统，从而提高了控制的精度级别。与之前的PLC解决方案相比，新系统具有多个优势，包括的阀门控制和更的温度、压力和转速测量。由于CompactRIO具有更高的性能和稳定性，新系统能够快速地完成例如涡轮增压器预备性能检测和信息分析等功能，从而可以确保产品的稳定性。
在开发时间和资源分配方面，需要一个人进行硬件设计两个月，一个人进行软件开发三个月以及一个人进行调试和检测一个月。
基于CompactRIO的全新检测系统可以测量用于船只引擎驱动的涡轮增压器的性能，。天然气、空气和汽油的输入量需要根据安装的阀门进行调节。根据调节后的量，涡轮增压器、涡轮映射和压缩机映射的效率使用关于涡轮增压器的压力、温度和速度值进行测量。

每次进行EO 实验，COP 明显均集中在同一区域。但若进入EC 实验，受测人员的COP 分布就会产生的变化。结果显示，所有受测人员若要在不平衡的表面上达到平衡，将极度依赖自己生理上的本体感受器(Proprioceptor) 告知大脑目前状态，也解释了COP 分配区域大幅增多的原因。
一项对EC 实验的有趣观察指出，若受测人员对生活形态抱持轻微的积极态度，则摇摆的程度较大；若对生活形态抱持适当的积极态度，其摇摆程度亦较小。不同的生活形态亦反应出COP 的分配范围。与适当积极态度的受测人员相较，较不积极的人其COP 分配范围亦较大。
若受测人员已熟悉了Balance Trainer 动态平台，亦将更能控制COP 的分配范围，亦能进一步控制自己的本体感受器。在实际撷取资料之前，这些受测人员已经实际使用动态平台达7 天。
结论
总的来说，我们用LabVIEW 与DAQ 建构动态平图，可了解人体在不稳定表面上的平衡状态。仪控式的动态平台显示了下列特性：
• 测得受测人员的姿势控制与摆动情形若受测人员的COP分配范围较大，也耗上更多力气才能达到平衡
• 受测人员若对生活抱持积极的态度，也展现了较佳的姿势控制能力
• 在切断视觉之后，人体会立刻切换为本体感受器，通知身体是否在特定方向的摆动幅度过大
• 受测人员在熟悉了平台之后，亦将缩小其COP分配范围综合以上结论，受测人员只要能控制自己的本体感受器，就越能在非平衡的表面上让自己保持平衡。

使用LabVIEW测量内燃机气缸压力
概述：基于LabVIEW软件控制的DAQ板卡，开发出OPTIMIZER——一款灵活、经济的基于PC的气缸压力测量分析系统。

背景
内燃机的性能，取决于许多因素。对于给定压缩比的情况，佳马力和发动机扭矩会出现在以下情况：
 每个气缸的进气口和进气阀的进气量均达到大
 燃料/空气处于适当比例
 燃料和空气充分混合
 调整点火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空气混合物的燃烧产生的压力产生了发动机的扭矩和动力，所以在发动机研发中重要的检查参数就是在压缩和做功冲程中的气缸压力大小及其定时。进气歧管的台架测试是在恒流情况下记录一定压降下的气流情况。但当安装在发动机上后，进气歧管的气流就变成了受活塞运动、进气阀面积、气阀定时和重叠时间以及流道形状影响的非恒流过程。这些参数的共同作用，往往会导致多缸发动机不同气缸进气差异。
优化发动机性能的步就是设计进气歧管和气阀系以大限度的给每一个气缸提供等量空气。对于给定的压缩比和进气口温度，操作者可以通过测量点火之前压缩冲程中的气缸压力来获得进气信息。因为油气混合物的燃烧是一个复杂的反应过程，牵涉到很多气缸的几何因素以及其它因素，如油气混合情况、汽油辛烷值、燃料当量比、发动机温度、空气温度和湿度，以及点火时间等—— 调整这些参数，以获得佳的性能，将是一个相当大的挑战。
通过观察气缸压力测量值以及峰值压力相对活塞顶死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，发动机技术人员可以迅速将发动机调校到佳性能。由燃烧质量分数可见，对于大多数传统发动机而言，如果峰值压力出现在TDC之后12到15度，并且燃烧发生在TDC附近的等容阶段时，发动机将表现出佳性能。但在给定压缩比和燃油辛烷值情况下，为了达到佳性能所采取的点火提前可能会因为严重的火花爆击现象而导致气阀过热。因此，在性能优化过程中，发动机技术人员需要检测TDC之后的10和40度之间火花爆击的气缸压力。如果检测到爆震，点火提前取消，以避免活塞受损。
使用LabVIEW和PXI进行东海大桥结构健康监测
概述：部署一个坚固的PXI系统来监测环境对大桥产生的影响，进行实时计算以确定大桥的即时结构健康状况，并将数据储存，进行离线处理。

东海大桥作为中国跨海大桥，耗资12亿美元，于2005年完成通车。六车道的大桥将上海与洋山岛连在了一起，大桥全长32.5千米，并设计成S形以避开台风和海浪区，以车辆安全行驶。
我们搭建了一个结构健康监测（SHM）系统，它能够提供大量的数据来评估大桥损坏和退化程度、结构性能状况、对于突发性灾难的反应。利用这些数据可以对桥梁的设计和建造技术进行研究。
我们使用基于NI PXI的数据采集系统，源于其良好的坚固性和小巧的体积，适用于放置在大桥的保护区域中。事实证明，系统在安装完毕后成功地克服了大桥所遇到的湿度、灰尘、震动和化学腐蚀等各种难题。使用LabVIEW，工程师能够进行重要的实时分析，同时，能够对大桥上大量的传感器产生的信号进行离线处理。
硬件系统设置
对东海大桥实施监控需要使用超过500个传感器，在大桥每段都放置了加速度计和FBG光学传感器，来采集环境激励所引起的频率响应。同时，大桥还配备了风速仪和压式传感器，以记录频率响应所对应的环境条件。大桥每一段还设有一个数据采集站，配备NI PXI-4472B动态信号采集卡（DSA）从周围的加速度计采集相关数据。
另外，我们使用NI PXI-6652同步模块和 NI PXI-6602计数器模块，以及NI PXI-8187机箱控制器，来解决数据采集的同步问题。
在对东海大桥上的系统进行设置时，我们给每个PXI机箱都安装了一个GPS，使用脉冲每秒（PPS）和IRIG-B定时信号分别进行信号同步和时间标识。PPS每秒传输一千万脉冲，为每个机箱提供采样基准时钟。这使得采集模块可以在100纳秒的分辨率下对大桥上所有设备的通道实现同步采样。