SonoSite公司使用NI平臺設計醫療超聲測試系統

　Author(s): Max Hovila - SonoSite

　　Industry: Medical

　　Products: PXI-2527, PXI-5152, LabWindows/CVI, PXI-2593, PXI-2566, PXI-5412

　　The Challenge:

　　取代VXI 架構的老舊功能測試平臺，針對醫療超聲系統的發送器、接收器、頻率響應與失真測試，進行自動化的功能測試。

　　The Solution:

　　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。

　　測試系統設備

　　我們先前的測試系統是使用 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。