使用NI LabVIEW操控大型地震仿真器

Author(s):
Michael Schulze - Anco Engineers
Paul Ibanez - Anco Engineers

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, PCI-6221

The Challenge:
創(chuàng)建易用的軟件及硬件方案，控制面向公眾的大型地震仿真器。

The Solution:
使用NI LabVIEW軟件及數(shù)據(jù)采集硬件創(chuàng)建程序，控制仿真器運(yùn)動(dòng)，并生成仿真地震特征，為用戶制造出真實(shí)的地震體驗(yàn)。

在世界各地的科技主題公園及博物館中，常會(huì)采用地震仿真器來(lái)對(duì)公眾普及地震災(zāi)難教育。Anco Engineers公司提供用于材料、設(shè)備、及結(jié)構(gòu)的震動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及相關(guān)服務(wù)，是全球范圍內(nèi)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的地震振動(dòng)臺(tái)開(kāi)發(fā)商之一。我們?yōu)楦鞣N教學(xué)性地震振動(dòng)臺(tái)開(kāi)發(fā)的多媒體軟件具有很高的逼真性及易用性。

在項(xiàng)目中我們遇到了兩大挑戰(zhàn)，我們希望設(shè)計(jì)易用且低成本的軟硬件方案 ，并具有多媒體功能。程序還要有直觀的用戶界面，以及多語(yǔ)言的版本。應(yīng)用要求提供簡(jiǎn)單的工具生成指定光譜能量信號(hào)的模擬地震，以滿足各種條件，如震區(qū)建筑條例規(guī)定的光譜響應(yīng)。我們需要完成所有條件下的程序開(kāi)發(fā)，使博物館操作人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)便可輕松控制這些相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)。

過(guò)去存在的局限

驅(qū)動(dòng)多軸的大沖撞振動(dòng)臺(tái)已經(jīng)是很完善的技術(shù)了。近年來(lái)，硬件與快速計(jì)算機(jī)處理器、數(shù)據(jù)采集板的集成也變得越來(lái)越方便。然而，早期版本的驅(qū)動(dòng)軟件只能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下傳輸相關(guān)未處理的地震數(shù)據(jù)至驅(qū)動(dòng)器，不具備復(fù)雜信號(hào)處理能力及多媒體功能。另外，由于舊版本不包括用于生成理論震動(dòng)的統(tǒng)一程序，所以用戶無(wú)法仿真指定光譜能量的地震場(chǎng)景。過(guò)去的地震場(chǎng)景仿真中也不能設(shè)定建筑高度（共振）、土壤成分、及單個(gè)振動(dòng)波類型等。

多媒體集成及信號(hào)處理

考慮到LabVIEW具有與NI硬件的無(wú)縫集成性、并行編程構(gòu)架性能、以及豐富的數(shù)學(xué)及信號(hào)處理函數(shù)，我們決定選用它作為開(kāi)發(fā)及部署工具。我們編寫(xiě)了一個(gè)程序，有效地處理多種包含加速度時(shí)間關(guān)系曲線圖的大型地震信號(hào)文件，這些信號(hào)文件包含真實(shí)和仿真的地震數(shù)據(jù)。通過(guò)使用16位雙通道NI PCI-6221 M系列模擬電壓輸出板卡及多種數(shù)字線路輸出，程序能夠控制2臺(tái)重型大沖擊位移驅(qū)動(dòng)器，監(jiān)測(cè)所有聯(lián)動(dòng)裝置及安全特性，同時(shí)還能通過(guò)雙通道VGA輸出一系列自定義音頻及視頻文件。這些視頻將在模擬地震過(guò)程中放映在大屏幕上。為了增強(qiáng)地震的真實(shí)體驗(yàn)，所選用的PCI-6221板卡具有多數(shù)字通道，可同時(shí)控制閃光燈、煙霧器、及聲效等，并設(shè)定其間隔及持續(xù)時(shí)間。