利用下一代醫(yī)學成像技術以及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技術與授予專利的光源技術，并通過帶有32個PXI-5105數字化儀的256同步通道的高速(60Ms/s）數據采集系統(tǒng)予以實現。

OCT是一種非入侵式成像技術，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組織或其他物體。OCT越來越受到研究人員的關注，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
我們的任務便是利用光學解復用器創(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數字化儀的256個高速模數轉換器（ADC）通道能以60 MS/s的采樣率進行數據采集，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，實現不同機箱上的數字化儀的同步，它提供了數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。當我們完成數據采集之后，我們利用LabVIEW進行數據處理和可視化展示。
利用傅立葉域OCT系統(tǒng)中的光解復用器充當頻譜分析儀，實現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電子提供原型產品）。我們利用一個半導體光放大器（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）將其等分導入到樣本支路和參考支路。我們調整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入到采樣點（S）。我們使用一個共振掃描裝置（RS、光電產品、SC-30型）和一個電鏡（G，劍橋技術出品，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)利用兩只光解復用器（OD1與OD2）分離CP2的輸出信號，以實現平衡檢測。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數字化儀，檢測來自圖片接收裝置的輸出信號。所采集數據在單次采集過程中存儲于數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據采集速率檢測整個干涉圖譜，而不是像SD-OCT那樣——在某個時間跨度內累計輸入到CCD檢測裝置中。因而，它根據數據采集系統(tǒng)的數據采集速率——在現有系統(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據采集（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。
研究結果
我們將動態(tài)范圍定義為點擴散函數（PSF）的峰值與樣本支路暢通時的背景噪聲間的比值。我們根據結果估計，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。由這些數值確定的敏感度按照右手側的垂直刻度標示。
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。

使用 NI TestStand、LabVIEW 與 PXI 開發(fā)植入式助聽器測試系統(tǒng)
概述：使用 NI LabVIEW、PXI 電腦式儀器與 NI TestStand，建立一套自動化測試系統(tǒng)，能以 70% 的開發(fā)時間提供更多更靈活的功能。
我們針對內部研發(fā)使用了新的 PXI 架構功能測試系統(tǒng)，從電路板到組裝完成的產品，測試了 8 種不同的應用。我們也使用這套系統(tǒng)在公司內部以及不同的代工廠中進行生產測試。系統(tǒng)需要執(zhí)行眾多的動作，包括捕捉、儲存與分析 5 MHz 信號的波形，將電力與資料穿越皮膚，傳送到植入物中。我們使用聲音測量、電壓參數測量、在不同負載情況下的電流測量，同時通過數字 I / O及 GPIB與外部設備溝通。我們使用 USB 通訊設備來控制定制電路板上的繼電器、開關與其他的硬件。系統(tǒng)也能夠準確調整共振電路并測試 I2C 通訊。系統(tǒng)會自動生成測試報告，同時通過網絡進行存貯，供日后統(tǒng)計分析之用。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構，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庫可以測量、與硬件連接、分析結果，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品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數據，我們的研發(fā)與生產工程師就能進行分析并找出趨勢，并制作生產收益的報告。他們也會使用數據分析失敗原因，并在設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、測試儀器的校正日期、測試時間，以及產品的通過 / 失敗狀態(tài)。

監(jiān)控系統(tǒng)包括了車載設備(on-board equipment)、1 個無線(off-board) 伺服器、電腦與無線網路設備。機器鏟的車載設備包括：
? 加上NI cRIO-9014 - 8 槽式機箱的CompactRIO 系統(tǒng)
? 供振動量測用的NI 9233 模組
? 供動態(tài)應變量測用的NI 9237 模組
? 提供、高解析度轉速測定資料的NI 9422 模組
? 提供機器鏟控制系統(tǒng)補償訊號的NI 9205 模組
? 裝在機器鏟主要旋轉元件(馬達與齒輪箱傳動裝置) 上的壓電加速度計
? 裝在機器鏟主要結構元件上的應變計
? 主馬達上的增量編碼器
? 無線網路設備
? 電力濾波設備
車載的CompactRIO系統(tǒng)需要加速度計、編碼器與應變計同時提供信號。振動與應變信號持續(xù)受到監(jiān)控，并與設定的警報值做比較，在問題產生時可以搶先通報。如果發(fā)生警報時，信號會以使用者定義的間隔定期儲存。發(fā)生這種狀況時，CompactRIO平臺的監(jiān)控應用可以尋找佳的分析量測時段，并佳化信號雜訊比。運用本法，資料會定期以預設的間隔儲存，以控制終的機械改變，而發(fā)生突發(fā)事件時資料也會記錄下來。碰到以上2種狀況時，機器鏟控制系統(tǒng)的補償信號會儲存起來供參考之用，并提高主動校正的可能性。

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備性能檢測和信息分析等功能，從而可以確保產品的穩(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安裝的閥門進行調節(jié)。根據調節(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于渦輪增壓器的壓力、溫度和速度值進行測量。
使用LabVIEW FPGA和CompactRIO開發(fā)伺服控制系統(tǒng)
概述：利用NI LabVIEW FPGA 模塊和CompactRIO 系統(tǒng)開發(fā)出世界上臺在連續(xù)旋轉式磁盤上進行三維全息數字數據存儲的伺服控制系統(tǒng)。

全息數字數據存儲（Holographic digital data storage，簡稱HDDS）技術是光學存儲領域里有前景的新興技術之一。傳統(tǒng)的數據存儲技術，是把單的比特信息存儲為介質表面的磁或光變量，正在接近其物理的極限。然而，全息存儲技術可以使數據的傳輸速率加速到10 億比特每秒，把訪問時間降低到幾十微秒，同時將數據的存儲密度增加到理論的大值，即1 萬億比特每立方厘米?！　?br /> 通過在存儲介質的整個三維空間上編碼數據，并且利用稱為頁的大容量并行存儲塊來進行記錄和恢復，全息數據存儲技術突破了傳統(tǒng)二維技術（如DVD）的限制。

利用CompactRIO 對Daewoo HDDS 系統(tǒng)進行原型驗證
我們的H D D S 原型包括兩個主要的子系統(tǒng)：一個基于N ICompactRIO三百萬門的FPGA 系列模塊的電光運動控制系統(tǒng)和一個基于Xilinx 公司八百萬門的FPGA 電路板的視頻解碼系統(tǒng)。CompactRIO 系統(tǒng)控制著一個線性電機、一個步進電機、一個電流鏡和一個CMOS 相機。每一個運動控制環(huán)都要求的控制，所以我們利用反饋信號來控制和檢測數據。不同于傳統(tǒng)的計算型電路板，CompactRIO 系統(tǒng)使我們可以利用NI 公司的LabVIEWFPGA模塊來定制脈沖發(fā)生器的時序，其精度可達到一個FPGA時鐘周期。為了避免滑動，我們通過創(chuàng)建定制的用于加速和減速的數學函數，開發(fā)了復雜的電機控制算法。我們?yōu)槿N類型的電機分別設計了驅動電路，并把它們連接到CompactRIO 的輸入/ 輸出模塊上。除了運動控制，CompactRIO 還與用于視頻解碼的FPGA 電路板通信，該電路板是使用我們自有的用于視頻恢復和CMOS相機控制的信號處理技術開發(fā)的。前端MPEG解碼器積累在緩存中的數據量隨速度變化很大，CompactRIO 還通過檢查其變化來控制數據的傳輸速率。
使用LabVIEW 建構非侵入式技術而測得水果成熟度
概述：NI LabVIEW可找出平行板電容器雙板之間的佳距離。

因為農業(yè)的原料與后農產品均需達到相同品質，所以在采收前后了解水果的品質與成熟度格外重要。但是一般果農難以確實得知水果的成熟度，特別是果色與成熟度無關的水果。雖然或果農可以看出水果成熟度，但也無法因應大量采收的水果。因此我們需要穩(wěn)定、快速、非侵入式的技術，測得水果的物理屬性而進一步了解水果的品質與其成熟度。只要能且自動分類水果的成熟度，就能進一步讓農業(yè)升級，并造福超級市場的消費者。舉例來說，若能根據采收條件而系統(tǒng)性的了解水果成熟度，就能讓消費者進一步判斷水果品質。
大多數的傳統(tǒng)方式均具有破壞性，而無法大量應用于實務中。某些方式則透過硬度計(Penetrometer) 或沖擊力，測得水果的硬度。另可量測與成熟度相關的參數或化學物含量，如pH 酸堿值、可滴定酸度(Titratable acidity，TA)、可溶性固態(tài)物(Soluble-solid，SS) 含量、乙烯(Ethylene) 含量等。若要量測這些化學值與參數，往往侵入水果再應用復雜的分析技術，如氣液相層析(Gas - Liquid Chromatography (GLC) 與滴定法(測酸度)。
但近出現了非侵入式的水果成熟度檢測法。這些方法包含核磁共振(NMR) 與質子共振(PMR)，可了解可溶性固態(tài)物的含量；機器視覺系統(tǒng)則可減測水果果皮的顏色；音訊系統(tǒng)則可測出水果硬度。但是這些方式仍有潛在問題，如NMR 與PMR 均為位的設備，且水果顏色不一定與其成熟度相關。
使用LabVIEW 與NI CompactDAQ 測試小型牽引機的噪音與振動
概述：使用LabVIEW and NI CompactDAQ模組架構的可攜式資料擷取系統(tǒng)記錄測試參數并且根據受測的單元與組態(tài)產生報告。

我們選擇LabVIEW 架構的可攜式DAQ 系統(tǒng)，且NI CompactDAQ 模組可輕松攜帶至戶外測試場地。系統(tǒng)將記錄測試參數，并根據受測單元與組態(tài)產生報告。另外，我們也可重新設定系統(tǒng)，以用于如振動量測的其他應用。
LabVIEW 圖形化程式設計的特性，讓我們可輕松學習，且軟體亦可無限制客制化。因為如此，我們功能以NI 軟體工程師撰寫的程式迅速上手，再針對自己的需求客制化其輸入與輸出，針對各個特定測試產生所需的報表。
牽引機噪音滿足多項排放標準，而為保護使用者所訂定的引擎噪音也有多種規(guī)范。售往歐洲的牽引機，先通過完整的測試，除了表明該設備已符合特定的歐洲標準，并需標示其他測試中的聲音功率強度。這些規(guī)范可避免機器損害使用者的聽力，且若人體長期暴露于高噪音與高振動的環(huán)境中，往往會對身體造成不良的影響。
聲音功率量測
適用于聲音功率的LabVIEW 參考函式庫VI，加上NI Sound and Vibration Measurement Suite，可讓我們按照ISO-3744 的標準，透過聲源周圍的麥克風陣列，而計算出聲音功率。聲音功率代表由聲源所發(fā)出的聲音能量強度，并可用于大多數的環(huán)境噪音測試作業(yè)。在受測聲源周圍，排列出既定幾何圖案的麥克風陣列，即可進行量測作業(yè)。我們將麥克風所測得的聲壓強度(dB ref 20 μPa) 加以平均，隨即得出聲音功率強度(dB ref 1 pW)。
此標準另說明麥克風幾何形式的大小與形狀，還有修正背景噪音的方式。在計算總聲音功率強度之前，我們平均表面區(qū)域的聲壓強度，以獲得表面的平均分數倍頻頻譜。在得出表面的平均分數(Octave) 頻譜之后，即可測定全部的聲音功率強度。聲音強度的量測結果，可透過各個頻帶(Band) 中的聲音強度，呈現為總強度或分數倍頻頻譜。我們使用內建的參照函式庫VI，并由NI 工程師協助使用LabVIEW，客制化聲音功率的量測程式。
測試場地
我們于草地上建造半徑13 公尺的戶外水泥測試地。每6 個麥克風為1 組陣列，并安裝于三腳架上，且其中2 組三腳架約為518 公分(17 英尺) 高。為了設置測試作業(yè)，我們使用自己設計的容器安裝并保護的腳架、連接線、麥克風、筆記型電腦，與測試小桌。我們共設置6 組麥克風腳架，并有連接線將各組麥克風連至DAQ 機箱。完成參考量測以校準系統(tǒng)之后，隨即開始測試。
使用LabVIEW測量內燃機氣缸壓力
概述：基于LabVIEW軟件控制的DAQ板卡，開發(fā)出OPTIMIZER——一款靈活、經濟的基于PC的氣缸壓力測量分析系統(tǒng)。

背景
內燃機的性能，取決于許多因素。對于給定壓縮比的情況，佳馬力和發(fā)動機扭矩會出現在以下情況：
? 每個氣缸的進氣口和進氣閥的進氣量均達到大
? 燃料/空氣處于適當比例
? 燃料和空氣充分混合
? 調整點火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空氣混合物的燃燒產生的壓力產生了發(fā)動機的扭矩和動力，所以在發(fā)動機研發(fā)中重要的檢查參數就是在壓縮和做功沖程中的氣缸壓力大小及其定時。進氣歧管的臺架測試是在恒流情況下記錄一定壓降下的氣流情況。但當安裝在發(fā)動機上后，進氣歧管的氣流就變成了受活塞運動、進氣閥面積、氣閥定時和重疊時間以及流道形狀影響的非恒流過程。這些參數的共同作用，往往會導致多缸發(fā)動機不同氣缸進氣差異。
優(yōu)化發(fā)動機性能的步就是設計進氣歧管和氣閥系以大限度的給每一個氣缸提供等量空氣。對于給定的壓縮比和進氣口溫度，操作者可以通過測量點火之前壓縮沖程中的氣缸壓力來獲得進氣信息。因為油氣混合物的燃燒是一個復雜的反應過程，牽涉到很多氣缸的幾何因素以及其它因素，如油氣混合情況、汽油辛烷值、燃料當量比、發(fā)動機溫度、空氣溫度和濕度，以及點火時間等—— 調整這些參數，以獲得佳的性能，將是一個相當大的挑戰(zhàn)。
通過觀察氣缸壓力測量值以及峰值壓力相對活塞頂死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，發(fā)動機技術人員可以迅速將發(fā)動機調校到佳性能。由燃燒質量分數可見，對于大多數傳統(tǒng)發(fā)動機而言，如果峰值壓力出現在TDC之后12到15度，并且燃燒發(fā)生在TDC附近的等容階段時，發(fā)動機將表現出佳性能。但在給定壓縮比和燃油辛烷值情況下，為了達到佳性能所采取的點火提前可能會因為嚴重的火花爆擊現象而導致氣閥過熱。因此，在性能優(yōu)化過程中，發(fā)動機技術人員需要檢測TDC之后的10和40度之間火花爆擊的氣缸壓力。如果檢測到爆震，點火提前取消，以避免活塞受損。