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軟件及數據采集硬件創建程序，控制仿真器運動，并生成仿真地震特征，為用戶制造出真實的地震體驗。

在世界各地的科技主題公園及博物館中，常會采用地震仿真器來對公眾普及地震災難教育。Anco Engineers公司提供用于材料、設備、及結構的震動測試系統及相關服務，是全球范圍內具有豐富經驗的地震振動臺開發商之一。我們為各種教學性地震振動臺開發的多媒體軟件具有很高的逼真性及易用性。

在項目中我們遇到了兩大挑戰，我們希望設計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，以及多語言的版本。應用要求提供簡單的工具生成指定光譜能量信號的模擬地震，以滿足各種條件，如震區建筑條例規定的光譜響應。我們需要完成所有條件下的程序開發，使博物館操作人員經過簡單培訓便可輕松控制這些相對復雜的系統。

過去存在的局限

驅動多軸的大沖撞振動臺已經是很完善的技術了。近年來，硬件與快速計算機處理器、數據采集板的集成也變得越來越方便。然而，早期版本的驅動軟件只能在實驗室環境下傳輸相關未處理的地震數據至驅動器，不具備復雜信號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的統一程序，所以用戶無法仿真指定光譜能量的地震場景。過去的地震場景仿真中也不能設定建筑高度（共振）、土壤成分、及單個振動波類型等。

多媒體集成及信號處理

考慮到LabVIEW具有與NI硬件的無縫集成性、并行編程構架性能、以及豐富的數學及信號處理函數，我們決定選用它作為開發及部署工具。我們編寫了一個程序，有效地處理多種包含加速度時間關系曲線圖的大型地震信號文件，這些信號文件包含真實和仿真的地震數據。通過使用16位雙通道NI PCI-6221 M系列模擬電壓輸出板卡及多種數字線路輸出，程序能夠控制2臺重型大沖擊位移驅動器，監測所有聯動裝置及安全特性，同時還能通過雙通道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程中放映在大屏幕上。為了增強地震的真實體驗，所選用的PCI-6221板卡具有多數字通道，可同時控制閃光燈、煙霧器、及聲效等，并設定其間隔及持續時間。