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NI LabVIEW操控 大型地震仿真器 由于使用了 LabVIEW，我 们在软件开发上的成 本比预期节省了近 50%。 - Michael Schulze, Anco Engineers The Challenge: 创建易用的软件及硬 件方案，控制面向公 众的大型地震仿真 器。 The Solution: 使用NI LabVIEW软件 及数据采集硬件创建 程序，控制仿真器运 动，并生成仿真地震 特征，为用户制造出 真实的地震体验。 This image shows the simplified GUI to be run by the table operator. Author s : Paul Ibanez - Anco Engineers Michael Schulze - Anco Engineers 在世界各地的科技主 题公园及博物馆中， 常会采用地震仿真器 来对公众普及地震灾 难教育。Anco Engineers 公司提供用于材料、 设备、及结构的震动 测试系统及相关服 务，是全球范围内具 有丰富经验的地震振 动台开发商之一。我 们为各种教学性地震 振动台开发的多媒体 软件具有很高的逼真 性及易用性。 在项目中我们遇到了 两大挑战，我们希望 设计易用且低成本的 软硬件方案 ，并具 有多媒体功能。程序 还要有直观的用户界 面，以及多语言的版 本。应用要求提供简 单的工具生成指定光 谱能量信号的模拟地 震，以满足各种条 件，如震区建筑条例 规定的光谱响应。我 们需要完成所有条件 下的程序开发，使博 物馆操作人员经过简 单培训便可轻松控制 这些相对复杂的系 统。 过去存在的局限 驱动多轴的大冲撞振 动台已经是很完善的 技术了。近年来，硬 件与快速计算机处理 器、数据采集板的集 成也变得越来越方 便。然而，早期版本 的驱动软件只能在实 验室环境下传输相关 未处理的地震数据至 驱动器，不具备复杂 信号处理能力及多媒 体功能。另外，由于 旧版本不包括用于生 成理论震动的统一程 序，所以用户无法仿 真指定光谱能量的地 震场景。过去的地震 场景仿真中也不能设 定建筑高度（共 振）、土壤成分、及 单个振动波类型等。 多媒体集成及信号处 理 考虑到 LabVIEW具有 与NI硬件的无缝集 成性、并行编程构架 性能、以及丰富的数 学及信号处理函数， 我们决定选用它作为 开发及部署工具。我 们编写了一个程序， 有效地处理多种包含 加速度时间关系曲线 图的大型地震信号文 件，这些信号文件包 含真实和仿真的地震 数据。通过使用16 位双通道NI PCI-6221 M系列模拟电压输出 板卡及多种数字线路 输出，程序能够控制 2台重型大冲击位移 驱动器，监测所有联 动装置及安全特性， 同时还能通过双通道 VGA输出一系列自 定义音频及视频文 件。这些视频将在模 拟地震过程中放映在 大屏幕上。为了增强 地震的真实体验，所 选用的PCI- 6221板卡具有多 数字通道，可同时控 制闪光灯、烟雾器、 及声效等，并设定其 间隔及持续时间。 为了降低对操作人员 的培训强度，我们必 须开发出简单易用的 图形化用户界面 GUI 。在超过 50种真实或仿真的 地震场景库中，只需 选择指定子菜单，通 过简单拖曳即可在数 分钟内创建出一系列 地震场景。这些地震 设定可以成批链接， 并顺序执行数秒甚至 数分钟。 每次地震都有一定的 信号特征，其能量分 布由强度（里氏震 级）、地震波频率、 及振幅确定。振动中 波形的传播取决于不 同的土壤类型，并与 各种结构类型的建筑 产生相互作用。民用 工程师必须对这些相 互作用建模，生成建 筑的反应频谱 RRS ，以此来 预测建筑在地震中的 状态。 Anco Engineers 公司使用 LabVIEW内置 的频谱及频率分析工 具，基于特定的 RRS曲线计算瞬时 的任意波形。该自动 重复过程能根据 RRS输入，在数秒 内产生符合要求的能 量及频率分布数据， 并与IEEE 344多轴固定/独 立测试相一致。 克服频率相关振幅 对于推动大质量的动 态大型冲击驱动器， 如何在规定频率范围 内保持恒定振幅是一 个普遍存在的限制因 素。因此，需要对驱 动信号在高频下的振 幅衰减作一定补偿。 我们对此种情况作了 预防，使驱动软件能 在必要时通过系统专 用传输函数动态生成 修正量。此外，我们 采用LabVIEW 的信号处理及滤波函 数极大简化了编程， 节省了编程开发成 本，从而可将精力集 中于公众振动台的开 发。 使用LabVIEW 及NI硬件节省成本 由于使用了 LabVIEW，我 们在软件开发上的成 本比预期节省了近 50%。 LabVIEW的灵 活性，如滤波选项、 光谱函数、与NI硬 件的无缝连接，以及 适用于复杂数据集的 数学函