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搭配圖形化系統設計工具 PXI測試量測應用寬廣
新通訊 20115 月號 123 期《 封面故事 》
文.小樵
PXI模組化測試儀器具備可彈性搭配的特性,再配合圖形化設計工具,可架構多種測試系統,並適用於各種測試環境。在廠商的努力下,PXI模組化儀器產品不斷推陳出新,使PXI儀器可涵蓋多元的測試與量測需求。
PXI為個人電腦(PC)架構的平台,可於低價位的部署套件中,提供高效能的量測與控制功能。模組化形式可將PXI模組混搭美商國家儀器(NI)或其他PXI供應商的設備,整合各系統中所需的量測與控制輸入/輸出(I/O)。

於PXI背板中整合的時脈與觸發功能,可精確地同步化內部模組。PXI軟體可連接LabVIEW圖形化程式設計、LabWindows/CVI(ANSI C)與微軟(Microsoft)Visual Studio,進一步完整控制PXI系統,以建立完全客製的圖形化使用者介面、量測與系統分析,文件紀錄與報表製作。這些重要功能讓PXI平台更適用於多種測試、量測與控制應用。本文將探討十種最常見的應用,讓使用者更了解PXI是如何符合當前與未來的需要。

提升生產測試輸出量與調整功能

PXI平台適用於自動化測試與量測,可針對成本緊縮的解決方案完成生產測試的需求。透過快速的LabVIEW開發軟體與連結設計、檢驗與測試的平台策略,可縮短產品上市週期。

廠商亦針對測試系統開發,提出模組化的策略,以促進程式碼的重複使用與新技術的置入,協助因應為數眾多的產品測試需求,以及日益增加的裝置功能。

同時,透過PXI硬體、TestStand與LabVIEW軟體的彈性和技術,廠商提供包含射頻(RF)、聲音、影像、數位與類比的聚集技術,並提供業界較高輸出率的解決方案。

PXI具備電子校準與特性

PXI模組化儀器將檢驗實驗室中經常重複的量測予以自動化,以檢驗包括不合設計規格的參數值和電子屬性等裝置功能。電子校準與特性程序將著重驗證於設計程序中的完整裝置功能,包含參數分析與電子特性,目前PXI儀器廠商已針對電子校準與特性,建立完整的測試平台。

LabVIEW及PXI測試與量測平台具有領先業界的量測彈性,並可輕鬆進行電子校準與特性系統中的重複性測試,可橫跨軍事、航太、電信、汽車、半導體與消費性電子的應用。使用PXI搭配LabVIEW圖形化程式設計軟體與TestStand測試管理軟體,即可自動化量測的開發、序列與迴路特性,適用於完整的元件或裝置。

PXI搭配軟體可進行資料紀錄

可以PXI執行一般資料記錄的量測,包含溫度、壓力、電流、電壓、緩衝、位移與其他物理現象。PXI平台提供世界級標準的量測與源極裝置,適於所有的資料記錄與低頻源極需求,使用LabVIEW中的互動式DAQ小幫手,或線上量測硬體Advisor,以根據通道數、感測器類型、擷取速度與量測精確度,決定應用的最佳硬體。PXI並可利用內建的LabVIEW軟體工具,滿足記錄、分析、顯示、報表製作與資料共享的需要。

無論是簡單的資料記錄解決方案,或建立超過兩千個通道的客製化解決方案,PXI均可提供所需的硬體微調功能。亦可透過包含PCI、PCI Express、通用序列匯流排(USB)、乙太網路以及序列的多種匯流排,將超過兩百種的可攜式、機架固定式或分散式資料記錄硬體模組,整合至PXI資料記錄系統。使用LabVIEW增加資料記錄應用的通道數,並可節省購買額外獨立資料記錄器(軟體)的成本,亦可加入包含數位I/O、影像、控制器區域網路(CAN)通訊匯流排,以及其他非傳統的量測工具。

結構性/機械性測試亦可透過PXI

PXI與LabVIEW圖形化開發平台,適用於結構性與機械性的測試,包含雜訊、振動、粗糙度測試(NVH)、結構性震動監測與噪音映射。機械分析如模型分析與操作變形模態(ODS),適用於實體結構,包含橋接、鑽油平台、汽車底盤、大氣結構與地震研究等需要高通道數、複雜電腦設計與視覺化的測試應用,以了解振動架構的行為。LabVIEW可管理PXI的高資料輸出率、進階模型製作、重要效能,以及需要結構性分析的電腦互動式呈現。

PXI與LabVIEW已普遍使用於多種結構性的分析,包含靜態、動態、金屬疲勞或振動測試。這些測試整合應變、振動、壓力與力的量測,且為單一的機械分析。PXI動態訊號擷取(DSA)與SCXI模組,針對小型與完整的圖表結構,提供混合訊號的資料擷取,如加速規、應變規、壓力感測器。針對風洞、振動平台、撞擊測試、噪音、聲學全像術(Acoustic Holography)、音速/高密度噪音測試,與結構響應,亦可部署PXI測試系統。

PXI與LabVIEW亦可進行重要機械測試分析的噪音映射與監控,透過雜音映射系統,如汽車製造工業可大幅提升偵測噪音來源的功能,並進行修正。使用LabVIEW,即可由連接PXI DSA硬體的麥克風擷取「聲音的相片」,並由此建立三維(3D)全像術,並轉換為聲學全像術,透過麥克風之間的相位關係,即可鎖定噪音的來源。

硬體迴路測試可建立高寫實模擬

LabVIEW圖形化開發環境與PXI模組化硬體平台,均適於建立硬體迴路(HIL)系統,以針對控制器測試進行高寫實度的模擬,其中,LabVIEW提供創新、模組化與經濟實惠的硬體和軟體平台,以定義並建立使用者所需的HIL系統。

透過LabVIEW控制設計工具和LabVIEW模擬介面工具組,即可使用圖形化編程建置廠房模擬,該工具組亦可用來將MathWorks Simulink軟體環境所開發的模型,匯入至LabVIEW,稍後再於PXI即時系統中,使用LabVIEW Real-Time模組執行這些模型。

使用PXI硬體從一般感測器擷取類比和數位輸入訊號、類比激源訊號,並傳送數位訊號至驅動繼電器、切換與發光二極體(LED)。此外,包含如CAN和MIL-STD-1553標準通訊匯流排的介面,亦能夠使用LabVIEW現場可編程閘陣列(FPGA)模組和PXI的R系列硬體,以模擬需要FPGA的高效能感測器。

PXI搶進RF與通訊測試

可使用PXI因應非傳統市場中迅速多變的無線功能。無線設計與測試的工程師正面臨整合無線系統至大型設計的局面。LabVIEW RF與通訊測試平台將以模組化、非訂製商用元件(COTS)的方式,用彈性、直覺式的LabVIEW圖形化程式設計、PXI模組化儀器與傳統的單機儀器,設計出適合的硬體。

亦可針對RF與通訊測試使用LabVIEW外掛程式,包含調變(Modulation)工具組與光譜量測工具組,以同步化數位與基頻類比測試訊號、通道編碼、數位/類比調變與損耗。此外,亦可套用訊號處理以計算頻帶中的功率、相鄰的通道功率、位元錯誤率、調變錯誤比(MER),以及其他RF/通訊相關的量測。

美商國家儀器(NI)亦提供多種PXI架構的模組化儀器,以轉換並接收GHz的頻率範圍。5660 RF向量訊號分析器與5671向量訊號產生器,可提供最高2.7GHz的頻率範圍、極大的即時頻寬,與可調整的恆溫晶體振盪器(OCXO)時脈。使用LabVIEW圖形化的程式設計,可輕鬆寫入客製軟體,以控制PXI架構的模組化儀器,並產生、擷取RF測試訊號。LabVIEW亦可搭配使用傳統的單機儀器,用於RF與通訊測試。

PXI可進行機械自動化測試

以PXI的彈性解決複雜的機械自動化應用,包含聲音與振動的監控。LabVIEW工業級控制平台具有足夠的彈性與功能,以因應複雜的機械自動化應用需求,如閉迴路系統離散控制、客製化多軸運動控制、客製可程式化邏輯、整合的機器視覺、互動式HMI、資料記錄、網路連結以及即時訊號處理。LabVIEW與PXI亦可協助建立可靠的機械自動化解決方案,以執行具時效性的操作,並適應嚴苛的環境條件。

LabVIEW為功能完整的圖型化程式設計語言,亦可同時進行快速開發與低階程式設計功能。該軟體有別於缺乏彈性,且無法因應複雜機器自動化需求的傳統可程式化邏輯語言,機器自動化系統設計者可從超過五百項的內建分析常式中進行選擇,包含PID與頻率分析的通用控制運算式,亦可透過網路連結進行高階控制與連線的程式設計。

機械條件監控減少故障損失

利用LabVIEW與PXI完全整合的測試與分析功能,可適用於廠房內或工廠測試的機械條件監控與機械控制。

機器保養與機械振動為維護與可靠程式的必要性條件,不論著重廠房內或整座工廠的測試,LabVIEW工業級控制平台具有監控與診斷的工具,包括線上與離線的分析功能、高速的時脈波形記錄、以用戶端/伺服端架構進行的乙太網路連結、24位元的資料擷取,以及彈性的資料呈現選擇,可用以評估機器的保養狀況與效能。LabVIEW聲音與振動與LabVIEW階次分析工具組,可針對包含分析與呈現的PXI系統,建置通用的LabVIEW量測分析與決定功能,適用於振動分析與輪調機器相關的應用。

透過這些工具組,即可計算整體的振動等級如RMS、尖波、波峰因數等,並整合加速至速度(Velocity)或移位(Displacement),亦可操作線上階次分析,如階次追蹤、階次擷取,與階次頻譜計算,以及處理數位與類比轉速計訊號,並套用受限的測試於時間資料或功率頻譜,此外,還可繪製頻譜映射、色彩映射、Waterfall Plots、重疊圖(Cascade Plot)、波德圖、極化圖、軌道圖、時基圖、輪軸軸線圖與密度(Campbell)圖。

PXI提供完整電源監控空功能

在電源供應的每個步驟中,即須量測並控制電源的品質與流量。PXI廠商的工具可執行電源品質監控、電源計量與分配監控。不論著重於廠房或工廠測試,LabVIEW與PXI將於單一平台提供所有必須的測試與分析,包含線上與離線分析功、高速時脈波形記錄、透過用戶端/伺服端架構的乙太網路連結、電子功率電壓、電流與數位切換閘的同步化量測,以及電源品質量測,包含功率因數、電源計量、諧波失真與靜態事件,延伸的繪圖功能,包含極化圖、時脈波形圖與統計圖,警示、報表,與資料管理,事件記錄器的順序,以及用於進階分析的延伸數位分析工具組。

整合測試與控制

LabVIEW與PXI適於開發電機測試、環境測試與疲乏測試的應用。LabVIEW軟體彈性整合堅固的即時PXI硬體,以及I/O的擴充陣列,可協助建立高精確度量測與精密進階儀控的應用,在以相同的硬體與軟體,執行應用的測試與控制部分時,即可大幅減少開發的時間與成本。

LabVIEW平行的資料流程式設計模型已針對程式設計控制應用進行最佳化。使用LabVIEW外掛軟體,如LabVIEW Real-Time與LabVIEW FPGA模組,即可確切地執行應用,適於精確控制機器架構、環境條件、運動控制與緊急關機程序,只要使用即時作業系統(OS)與堅固的PXI硬體,亦可進行可靠的長期測試。

(本文作者任職於美商國家儀器)

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