在受控生產環(huán)境下使用LabVIEW、NI TestStand和PXI測試醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)

"NI的解決方案為此應用帶來了許多益處。 首先，NI VSA/VSG解決方案速度遠遠高于同類的臺式儀器 - 如果使用傳統(tǒng)的臺式儀器，測試時間將會更長。"

– Matthew Kelton, Advanced Instrument Technologies

The Challenge:
在緊迫的開發(fā)期限內，開發(fā)一套包括RF通信測試的生產測試儀，用于測試FDA II類醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)的子組件。

The Solution:
使用NI LabVIEW軟件、NI頻譜測量工具包、NI TestStand和NI PXI RF硬件，開發(fā)快速、可重復的測試方案。

Author(s):
Matthew Kelton - Find this author in the NI Developer Community
Venkat Raghavan - Find this author in the NI Developer Community

Advanced Instrument Technologies, Inc.(AIT)是一家工程技術服務公司，為客戶應對測試工程挑戰(zhàn)提供定制和交鑰匙解決方案。  AIT提供的服務小至工程支持，大至完整的解決方案。  它為眾多行業(yè)的客戶提供服務，內容涉及研發(fā)、制造以及質量保證測試。  自2003年以來，AIT一直是National Instruments Alliance Partner的一員。憑借其先前與合同制造商積極的合作以及和多年使用NI軟硬件的經驗，AIT被選定接手此項應用工作，為此項目開發(fā)了軟件并協(xié)助硬件設計。

TestPro Systems, Inc.是一家工程技術服務公司，支持工程部門的測試和新產品導入（NPI）。  TestPro提供應用于功能性設備和方案，以及全自動功能性測試平臺的服務和解決方案。  TestPro Systems的客戶主要集中在汽車、醫(yī)療和能源領域。  憑借之前為合同制造商開發(fā)的多種功能性設備以及豐富的LabVIEW使用經驗，TestPro Systems被選定接手此項任務。 TestPro簽訂了合同，幫助部分系統(tǒng)設計和布線。  根據安排需要，TestPro還協(xié)助開發(fā)基礎LabVIEW代碼和NI TestStand序列。待測設備(DUT)是醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)組成部分。  它包含用戶面板、用戶面板上的儀表和胰島素輸送激勵器。  儀表與激勵器進行通訊，按要求注入胰島素。  每個組件單獨在測試系統(tǒng)上進行測試。

通過專有加密RF在醫(yī)療無線頻段范圍內的通訊，儀表和泵之間得以進行無線通訊。  DUT RF信號必須經過輸出功率測試，而且系統(tǒng)必須仿真RF信息以驗證DUT能夠正常接收和解密信息。  DUT還包含一個需要進行測試的32.768 kHz和16 MHz時鐘。 客戶規(guī)格要求32.768 kHz的時鐘精確到60 ppm，16 MHz的時鐘精確到22 ppm。

每次DUT RF接收測試時，系統(tǒng)必須使用一個可重復、可追蹤的信號。  為了測試DUT RF傳輸，信號分析必須可重復并且準確。  為了盡可能地減少測試次數，大多數分析必須使用硬件來完成。

大多數測試涉及使用串行外設接口（SPI）通信打開或關閉輸出，然后測量輸出狀態(tài)或輸出量。  然而，最高要求測試則是在儀表和激勵器上驗證RF通信和關鍵時鐘。

當測試DUT的傳輸功能時，DUT必須傳輸RF測試數據包，RF頻譜分析必須用于核對發(fā)射信號的參數。  當測試DUT的接收功能時，必須由測試儀傳輸RF數據包，查詢單元驗證RF數據包接收成功。  在進行時鐘測試時，需要啟用和測量時鐘。

雖然AIT曾想使用臺式頻譜分析儀和RF捕獲系統(tǒng)進行RF測試，并用高端頻率計數器進行關鍵時鐘測試，但最終因為以下幾個原因選擇了NI的解決方案。  NI PXI-5661矢量信號分析儀(VSA)和NI PXIe-5672矢量信號生成器(VSG)的組合在與LabVIEW完美集成的同時，可以完成所有測試要求。 VSA/VSG組合硬件相比臺式儀器解決方案更便宜，需要的空間也更少。  我們還可以參考多個NI提供的重要LabVIEW應用范例，例如RF流盤錄制和回放，使得集成更快更容易。

NI PXIe-1065機箱內有完整測試系統(tǒng)所需的所有儀器。  值得一提的是，3塊NI PXI-6229 M系列數據采集模塊可以提供所有數字I/O，使用硬件定時執(zhí)行SPI通信，測量并產生模擬電壓。

PXI-5661和NI光譜測量工具共同執(zhí)行信號分析。 VSA和RF流盤錄制技術用來捕捉黃金DUT傳輸的RF信息并將數據保存至文檔中。  VSA和具有50 ppb精度的時基用來測量關鍵設備鐘。  NI PXIe-5672使用RF流盤回放技術，將捕獲的RF信息從先前保存的文檔傳輸至DUT。

NI VSA/VSG解決方案能夠提供關鍵性幫助。 NI的LabVIEW范例程序和源代碼展示了RF流盤錄制和回放功能，在最終的解決方案中也使用了該功能。  此外，NI工程師還提供關鍵時鐘測量咨詢。

NI的解決方案為此應用帶來了許多益處。 首先，NI VSA/VSG解決方案速度遠遠高于相同的臺式儀器 - 如果使用傳統(tǒng)的臺式儀器，測試時間將會更長。 其二，產品為人熟知且配有可直接運用的完美案例，由此可大大減少開發(fā)時間。

其三，我們開發(fā)了LabVIEW核心代碼模塊，可在多個NI TestStand測試序列步驟中復用。  此代碼在今后的項目中也可得以復用，帶來更多的好處。  NI TestStand極大地簡化了代碼和測試序列的確認與驗證步驟。  NI TestStand還提供一致的操作界面，從而減少了學習質量控制和兼容型CFR Part 11的時間。

NI工具還幫助我們達到21 CFR 820和11要求，管理系統(tǒng)的創(chuàng)建，測試醫(yī)療設備。  此外，NI工具協(xié)助我們在ISO 13485和ISO 14971等標準下檢查系統(tǒng)設計，根據這些機制和流程去符合質量和風險管理的規(guī)定。

最后，LabVIEW軟件和支持工具包借助其自身創(chuàng)建安裝驗證（IQ）、操作驗證（OQ）和性能驗證（PQ）文檔報告。

AIT和TestPro對于NI提供的產品和服務都非常滿意，項目的成功離不開NI的支持。