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SonoSite公司使用NI平臺設計醫療超聲測試系統
Max Hovila
SonoSite
摘要: 使用 NI LabWindows?/CVI 軟件與 NI PXI 硬件平臺來設計一套現代、準確的攜帶式解決方桉,能滿足并超越我們功能測試平臺的規格。
Abstract:
Key words :

測試系統設備

我們先前的測試系統是使用 ni.com/visa/?metc=mtrpy4">Virtual Instrument Software Architecture (VISA) 儀器驅動程式與 NI LabWindows™/CVI,在 VXI 硬件平臺上開發的。測試執行程式是 1 套 Visual C++ 應用,使用以太網控制連結 LabWindows/CVI 中的測試軟件應用。

我們研究了舊測試系統上的儀器規格之后,發現 NI 提供的 PXI 測試設備,可以滿足并超過舊 VXI 測試設備的規格。

新的測試系統包含了 1 個數位器、1 個任意波形產生器,以及多個切換模塊,為 SonoSite 與海外供應商的產品測試,提供了自動化的超聲波系統測試。

我們大約花了 4 個月的時間開發軟件、整合測試及確認測試系統,將 SonoSite目前 3 種產品的老舊測試系統換成新的 PXI 測試系統。我們在未來 3 個月內會為剩下的 5 種產品完成系統撤換。

超聲波系統發送器測試會量測超聲波系統所有頻道產生的單位脈沖。NI PXI-5152 數位器會采集發送的波形、將發送器脈沖資料傳輸到主機 PC 處理,并為發送器脈沖的面積、上升、下降與延遲的特性進行范圍驗證。

為了測試接收器,我們使用 NI PXI-5412 波形產生器制造輸入信號進入超聲波系統,以證實超聲波系統接收通道的所有頻道,在接收增益 (receiver gain)、頻率響應、失真與噪音效能方面的表現,是在可接受的范圍之內。

為了將測試自動化,NI PXI-2593 RF多路復用器執行了所有發送器與接收器測試的切換要求,并且在測試一開始之后,進行完全的測試自動化。

舊的 SonoSite 產品需要更多的測試點測量,而新的測試系統包含了 1 個 NI PXI-2527 通用多路復用器以測量數個直流電壓,以及 1 個 NI PXI-2566 繼電器模塊,將負載電路接上超聲波系統,以測試系統電池的充電器回路。

軟件開發與整合

軟件從舊平臺轉換到新 PXI 平臺的過程很容易,因為大部分的 VXI 軟件導入程序都可以重復使用,并適用于新的平臺。我們只需要將 VISA 的驅動程序調用 (call) 換成新的儀器功能呼叫。

測試工具在執行功能測試時基本上是一樣的,所以,針對新系統的產品測試幾乎不需要再提供訓練,因為測試軟件操作裝置與操作員的使用界面,并沒有因為新的測試平臺而改變。

由 LabWindows/CVI 開發的功能測試軟件包含了數個虛擬的 UI 面板供測試應用,并能為超聲波硬件除錯 / 檢修故障。測試軟件在生產模式也可以執行,這會封鎖所有的 UIR 面板彈出式視窗,并執行全自動測試。

在軟件開發期間,我們使用虛擬的 UI 面板圖形能力與 LabWindows/CVI 先進的數學函數庫,來執行快速傅立葉變換(Fourier transform)功能;檢查輸出振幅、諧波失真與接收器噪音測試;以及分析 SonoSite 超聲波系統的詳細測試測量效率。

節省成本

我們將先前的 VXI 測試平臺,以及升級到新的測試平臺后,兩者的生產測試結果做了評估比較。持續使用舊的測試系統,并用二手測試設備市場的儀器來替換,這樣每年的成本約為 3 萬美元,而一段時間之后,這個系統便無法滿足規格,也無法進行儀器校正;若升級成 PXI 測試平臺,2 年半之后就能回本。NI 提供了這次新的測試平臺所需的所有支援、服務與軟件開發工具。

其他的好處

解決數個測試站測量結果有差異的問題 – 舊的 VXI 測試平臺有個嚴重的問題,那就是數個測試站測量的發送器脈沖,會有數位器效果不一致的結果。有些測試站會測到高脈沖,而其他站則測到低脈沖。當不同的測試站回報的通過 / 不通過結果不一致時,所得出數位器效率的測試結果并不理想。

我們比較了新的 PXI 平臺上的 4 個 PXI-5152 數位器,發現在相同的發送器脈沖測量中會有較一致的結果,我們預期新平臺的測試站會產生一致的效率測試結果。

圖 2 是2 個 PXI 數位器產生的 2 種覆蓋發送器脈沖波形。圖表上的紅線與黃線代表 2 個數位器的發送器脈沖曲線。4 個數位器都展示了相同的測試效果,測量值的結果也非常相近。

老舊的 VXI 數位器在脈沖方面會產生差異,數位器在不同的測試站不會產生一致的測量值。圖 3 顯示了 1 個 VXI 站的發送器脈沖量測值,以及 1 個測量結果有差異的站 (注意 2 道曲線:第 1 道是紅色,第 2 道是黃色);2 道曲線的振幅清楚標示了不同的測量值導致測量結果不同。其中 1 個數位器的信號線有噪音干擾,這應該是因為儀器老舊而產生的。

攜帶方便– 新的設備攜帶方便,可以輕鬆寄給供貨商。每套設備體積輕巧,保管非常容易。

校正服務– 新架構校正服務可以取得快速的支援,因為我們的國外供應商與 NI 校正中心都位在新加坡。

淘汰某些特殊測試設備 (STE) – PXI 儀器規格淘汰了某些舊型的定制測試設備,所需的線纜 (cabling) 與定制設備維護也比較少,例如外接的帶通濾波器回路 (bandpass filter circuit)。PXI-5412 波形產生器的諧波含量已經夠低,可用于失真測試,所以不需要先前的測試系統所需的特殊電路系統。

 

Author Information:
Max Hovila
SonoSite
21919 30th Dr. SE
Bothell, WA 98021
Tel: (425) 951-1200
max.hovila@sonosite.com

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