SonoSite公司(全球四大超声波品牌)使用NI平台设计医疗超声测试系统

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 架构的老旧功能测试平台，针对医疗超声系统的发送器、接收器、频率响应与失真测试，进行自动化的功能测试。

The Solution:
使用 NI LabWindows™/CVI 软件与 NI PXI 硬件平台来设计一套现代、准确的携带式解决方桉，能满足并超越我们功能测试平台的规格。

测试系统设备

我们先前的测试系统是使用 Virtual Instrument Software Architecture (VISA) 仪器驱动程式与 NI LabWindows™/CVI，在 VXI 硬件平台上开发的。测试执行程式是 1 套 Visual C++ 应用，使用以太网控制连结 LabWindows/CVI 中的测试软件应用。

我们研究了旧测试系统上的仪器规格之后，发现 NI 提供的 PXI 测试设备，可以满足并超过旧 VXI 测试设备的规格。

新的测试系统包含了 1 个数位器、1 个任意波形产生器，以及多个切换模块，为 SonoSite 与海外供应商的产品测试，提供了自动化的超声波系统测试。

我们大约花了 4 个月的时间开发软件、整合测试及确认测试系统，将 SonoSite目前 3 种产品的老旧测试系统换成新的 PXI 测试系统。我们在未来 3 个月内会为剩下的 5 种产品完成系统撤换。

超声波系统发送器测试会量测超声波系统所有频道产生的单位脉冲。NI PXI-5152 数位器会采集发送的波形、将发送器脉冲资料传输到主机 PC 处理，并为发送器脉冲的面积、上升、下降与延迟的特性进行范围验证。

为了测试接收器，我们使用 NI PXI-5412 波形产生器制造输入信号进入超声波系统，以证实超声波系统接收通道的所有频道，在接收增益 (receiver gain)、频率响应、失真与噪音效能方面的表现，是在可接受的范围之内。

为了将测试自动化，NI PXI-2593 RF多路复用器执行了所有发送器与接收器测试的切换要求，并且在测试一开始之后，进行完全的测试自动化。

旧的 SonoSite 产品需要更多的测试点测量，而新的测试系统包含了 1 个 NI PXI-2527 通用多路复用器以测量数个直流电压，以及 1 个 NI PXI-2566 继电器模块，将负载电路接上超声波系统，以测试系统电池的充电器回路。

软件开发与整合

软件从旧平台转换到新 PXI 平台的过程很容易，因为大部分的 VXI 软件导入程序都可以重复使用，并适用于新的平台。我们只需要将 VISA 的驱动程序调用 (call) 换成新的仪器功能呼叫。

测试工具在执行功能测试时基本上是一样的，所以，针对新系统的产品测试几乎不需要再提供训练，因为测试软件操作装置与操作员的使用界面，并没有因为新的测试平台而改变。

由 LabWindows/CVI 开发的功能测试软件包含了数个虚拟的 UI 面板供测试应用，并能为超声波硬件除错 / 检修故障。测试软件在生产模式也可以执行，这会封锁所有的 UIR 面板弹出式视窗，并执行全自动测试。

在软件开发期间，我们使用虚拟的 UI 面板图形能力与 LabWindows/CVI 先进的数学函数库，来执行快速傅立叶变换(Fourier transform)功能；检查输出振幅、谐波失真与接收器噪音测试；以及分析 SonoSite 超声波系统的详细测试测量效率。

节省成本

我们将先前的 VXI 测试平台，以及升级到新的测试平台后，两者的生产测试结果做了评估比较。持续使用旧的测试系统，并用二手测试设备市场的仪器来替换，这样每年的成本约为 3 万美元，而一段时间之后，这个系统便无法满足规格，也无法进行仪器校正；若升级成 PXI 测试平台，2 年半之后就能回本。NI 提供了这次新的测试平台所需的所有支援、服务与软件开发工具。

其他的好处

解决数个测试站测量结果有差异的问题 – 旧的 VXI 测试平台有个严重的问题，那就是数个测试站测量的发送器脉冲，会有数位器效果不一致的结果。有些测试站会测到高脉冲，而其他站则测到低脉冲。当不同的测试站回报的通过 / 不通过结果不一致时，所得出数位器效率的测试结果并不理想。

我们比较了新的 PXI 平台上的 4 个 PXI-5152 数位器，发现在相同的发送器脉冲测量中会有较一致的结果，我们预期新平台的测试站会产生一致的效率测试结果。

图 2 是2 个 PXI 数位器产生的 2 种覆盖发送器脉冲波形。图表上的红线与黄线代表 2 个数位器的发送器脉冲曲线。4 个数位器都展示了相同的测试效果，测量值的结果也非常相近。

老旧的 VXI 数位器在脉冲方面会产生差异，数位器在不同的测试站不会产生一致的测量值。图 3 显示了 1 个 VXI 站的发送器脉冲量测值，以及 1 个测量结果有差异的站 (注意 2 道曲线：第 1 道是红色，第 2 道是黄色)；2 道曲线的振幅清楚标示了不同的测量值导致测量结果不同。其中 1 个数位器的信号线有噪音干扰，这应该是因为仪器老旧而产生的。

携带方便– 新的设备携带方便，可以轻鬆寄给供货商。每套设备体积轻巧，保管非常容易。

校正服务– 新架构校正服务可以取得快速的支援，因为我们的国外供应商与 NI 校正中心都位在新加坡。

淘汰某些特殊测试设备 (STE) – PXI 仪器规格淘汰了某些旧型的定制测试设备，所需的线缆 (cabling) 与定制设备维护也比较少，例如外接的带通滤波器回路 (bandpass filter circuit)。PXI-5412 波形产生器的谐波含量已经够低，可用于失真测试，所以不需要先前的测试系统所需的特殊电路系统。