使用LabVIEW和PXI，以深入了解戰(zhàn)場爆炸傷害的影響程度
美國NI儀器公司
Nicolas Newell - Imperial College London
“LabVIEW的靈活性和模塊化PXI Express系統(tǒng)給了我們更多的選擇來更改代碼和硬件，以適用于將來的其他試驗(yàn)，從而為我們節(jié)省了大量時(shí)間和金錢。”
- Nicolas Newell, Imperial College London
挑戰(zhàn)：
開發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以同步記錄死尸肢體上傳感器的數(shù)據(jù)，并搭建一個(gè)測試裝置，用于在汽車下方爆炸時(shí)模擬傳遞到士兵腿上的沖擊。
解決方案：
使用NI LabVIEW軟件，NI-DAQmx驅(qū)動，和PXI Express DAQ模塊根據(jù)所要求的采樣率對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集。
作者：
簡易爆炸裝置（IEDs）是一種自制的炸彈，現(xiàn)在已成為伊拉克和阿富汗沖突中最具特點(diǎn)的武器。暴動者使用IEDs破壞軍隊(duì)行動，防止他們迅速靈活地反擊。IEDs是伊拉克和阿富汗造成死亡的最主要原因，并還可能在沖突過后的人道主義救援工作中繼續(xù)造成更多的傷害。
當(dāng)車輛碰到反車輛（AV）地雷時(shí)，底盤會迅速變形。車內(nèi)人的雙腳會遭受到軸向沖擊，往往會給他們留下嚴(yán)重的傷害，使得下肢不保。我們的研究小組致力于了解IED的傷害原理，從而開發(fā)新的技術(shù)，減少傷害程度，并進(jìn)行合適的重建。這個(gè)研究包含了一個(gè)損傷模擬器，能在重復(fù)可控的環(huán)境下進(jìn)行反車輛地雷爆炸的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們使用了多個(gè)傳感器，用于監(jiān)測短時(shí)間內(nèi)的爆炸過程。
一個(gè)反車輛下方損傷模擬器（ANUBIS）是一個(gè)充氣測試裝置，可以將40公斤的鐵盤加速至20米/秒的速度，并在20毫秒的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)靜止，可以在反車輛地雷爆炸中仿真車輛底板變形。我們將一個(gè)儀器化的尸體標(biāo)本安裝在這個(gè)裝置上，從而能夠?qū)ι眢w對短時(shí)沖擊的反應(yīng)有一個(gè)全面的了解。
儀器配置
損傷模擬器包含一個(gè)壓力傳感器，一個(gè)加速度計(jì)和一個(gè)聲音傳感器。在每個(gè)測試中，我們將應(yīng)變計(jì)綁到標(biāo)本的多個(gè)部位，并在25kHz的頻率上對所有的同步傳感器進(jìn)行采樣。我們在該裝置啟動后，按動按鈕即可手動觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，然后被記錄的數(shù)據(jù)就會被轉(zhuǎn)換成結(jié)果分析格式。我們使用NI-DAQmx和LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，以及PXI Express高規(guī)格硬件來搭建這個(gè)測試裝置。
開發(fā)LabVIEW代碼
基于道德和經(jīng)濟(jì)的原因，數(shù)據(jù)采集的結(jié)果必須是準(zhǔn)確可靠的，這也是我們選擇美國國家儀器軟硬件的一個(gè)原因。我們在尸體測試數(shù)據(jù)分析前，將LabVIEW系統(tǒng)代碼進(jìn)行了多次迭代。我們在LabVIEW 核心課程1上所學(xué)習(xí)到的技能，NI技術(shù)工程師給予我們的技術(shù)支持，以及LabVIEW VI庫，幫助我們在兩個(gè)星期內(nèi)完成了第一次LabVIEW代碼迭代，并在一個(gè)月內(nèi)就完成了最終的軟件版本。
LabVIEW軟件特性
通過LabVIEW，我們可以在測試前確定采樣，采樣率，預(yù)觸發(fā)采樣和文件位置的總數(shù)，以及寫入GUI的數(shù)據(jù)名稱。LabVIEW在軟件開始運(yùn)行后，緩沖區(qū)會寫滿從每個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)，代碼會模擬下降沿觸發(fā)后進(jìn)入一個(gè)PXI Express模塊。系統(tǒng)接收到觸發(fā)后，數(shù)據(jù)將通過PXI Express機(jī)箱的每個(gè)通道被同步記錄。被記錄的數(shù)據(jù)將以圖形化的方式顯示，并寫入到一個(gè)文件中，以便可以導(dǎo)出進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
LabVIEW的靈活性和模塊化PXI Express系統(tǒng)能夠使我們在將來進(jìn)行其他試驗(yàn)時(shí)對代碼和硬件進(jìn)行調(diào)整，從而節(jié)省大量時(shí)間和成本。例如，我們可以使用NI的設(shè)置，從相似的儀器車輛碰撞測試和墜落測試中，采集所需的數(shù)據(jù)。
結(jié)論
在可控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中重現(xiàn)戰(zhàn)爭傷害需要一個(gè)復(fù)雜的工程解決方案。使用NI最新的技術(shù)方法，我們可以獲得前所未有的，對于整個(gè)事件內(nèi)部原理更加精細(xì)的認(rèn)識，而這一切只需要不到5毫秒的時(shí)間。
1所有在研究中使用的尸體標(biāo)本都是死者在生前自愿，以及取得了死者親屬的同意后，捐獻(xiàn)給醫(yī)療科學(xué)事業(yè)的。所有進(jìn)行的行為都符合人體組織監(jiān)管局出臺的《人體組織法 2004》（代替《人體組織法 1961》，《解剖法 1984》以及《人體器官移植法 1989》），法案說明了在英國人體組織用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的使用方法。
