QC優(yōu)秀成果┃平均測(cè)試時(shí)間22秒！礦井物探透視儀信號(hào)衰減板自動(dòng)測(cè)試儀研制

煤礦地質(zhì)精準(zhǔn)探測(cè)對(duì)物探設(shè)備提出了新要求，精細(xì)化反演、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、智能化識(shí)別是物探技術(shù)的發(fā)展方向。探查工作面內(nèi)部地質(zhì)異常的常用物探技術(shù)包括地面三維地震、槽波透視CT、雙巷電法、無線電波透視探測(cè)等。無線電波透視探測(cè)技術(shù)，在采煤工作面內(nèi)部斷層、陷落柱等構(gòu)造探測(cè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，探查速度快、費(fèi)用低、效果好，是國(guó)內(nèi)外煤礦工作面普遍采用的物探方法。

文章來源：《智能礦山》2025年第4期“革新·改造：優(yōu)秀QC成果”欄目

作者：楊鵬飛，主要從事儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，曾獲中國(guó)職工技術(shù)協(xié)會(huì)職工技術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、重慶市質(zhì)協(xié)QC成果一等獎(jiǎng)。E-mail：YPF_1949@163.com

作者單位：中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司

引用格式：楊鵬飛，張磊，謝成梁. 礦井物探透視儀信號(hào)衰減板自動(dòng)測(cè)試儀研制[J].智能礦山，2025，6(4)：61-65.

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WKT無線電波透視儀（簡(jiǎn)稱透視儀）是中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)煤科重慶研究院）自主研發(fā)的基于無線電波透視探測(cè)技術(shù)的物探產(chǎn)品。透視儀核心部件為信號(hào)衰減板，但在生產(chǎn)過程中測(cè)試程序繁瑣，測(cè)試時(shí)需要接入穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬用表共4種設(shè)備，焊接16根測(cè)試線和8個(gè)開關(guān)用于控制繼電器的接通與斷開，由15組測(cè)試組合通路，每個(gè)通路需分別測(cè)量3種射頻信號(hào)的峰值電壓和衰減倍數(shù)，測(cè)試時(shí)間約30 min，透視儀與探測(cè)成果如圖1所示，信號(hào)衰減板測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

圖1 透視儀與探測(cè)成果

圖2 信號(hào)衰減板測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

選擇課題與目標(biāo)確定

（1）選擇課題

目前信號(hào)衰減板測(cè)試任務(wù)需判斷15路衰減通路的通斷，測(cè)量并記錄每個(gè)通路的3種射頻信號(hào)峰值電壓和衰減倍數(shù)。為取消人工測(cè)量及記錄，自動(dòng)化控制程序判斷通路通斷和選通，自動(dòng)采集射頻信號(hào)峰值電壓、衰減倍數(shù)，提升測(cè)試的穩(wěn)定性和可靠性。QC小組通過自動(dòng)化控制程序判斷通路通斷及選通，采集射頻信號(hào)峰值電壓和衰減倍數(shù)，測(cè)試過程沒有焊接操作，實(shí)現(xiàn)透視儀信號(hào)衰減板自動(dòng)測(cè)試儀的創(chuàng)新研制。

為進(jìn)一步發(fā)掘行業(yè)現(xiàn)有判斷通路通斷及選通、采集射頻信號(hào)的方式，檢索自動(dòng)控制、通路選通、射頻信號(hào)采集、虛擬示波器、電路板測(cè)試、工裝夾具等關(guān)鍵詞，借鑒了3篇參考文獻(xiàn)的設(shè)計(jì)思路和理念，設(shè)計(jì)出基于PLC中心控制、通過LabVIEW采集射頻信號(hào)數(shù)據(jù)、夾具定位測(cè)試點(diǎn)的自動(dòng)測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)信號(hào)衰減板的自動(dòng)測(cè)試，借鑒點(diǎn)、借鑒原理及創(chuàng)新思路見表1。

表1 借鑒點(diǎn)及創(chuàng)新思路

（2）設(shè)定目標(biāo)

根據(jù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的具體需求，PLC運(yùn)行速度為5 us/步，每通路測(cè)試時(shí)間為PLC運(yùn)行時(shí)間+繼電器切換時(shí)間+模塊轉(zhuǎn)換時(shí)間+模塊通信時(shí)間，每通路所需時(shí)間約1.46 s，需測(cè)試15個(gè)通路，測(cè)試時(shí)間共需約21.9 s，確定研究目標(biāo)為透視儀信號(hào)衰減板測(cè)試時(shí)間由原來的1 800 s縮短為30 s。

提出并確定最優(yōu)方案

QC小組成員梳理了自動(dòng)測(cè)試儀的功能和架構(gòu)，結(jié)合調(diào)查分析情況，提出了3條研發(fā)思路。

（1）測(cè)試儀由供電電源、選通控制電路、采集測(cè)量電路、顯示屏、測(cè)試軟件和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊組成。

（2）滿足15路衰減通路自動(dòng)切換，并具有通路的故障檢測(cè)功能。

（3）具備測(cè)量及顯示各通路的信號(hào)峰值電壓和衰減倍數(shù)。

根據(jù)研發(fā)思路初步制定總體最優(yōu)方案樹，確定了7條優(yōu)選路徑，總體方案樹如圖3所示。

圖3 總體方案樹

（1）供電電源方案優(yōu)選

對(duì)比確定了選用RD-125-1224AC/DC電源模塊，供電電源方案性價(jià)比好，集成度及效率高。

（2）PLC控制電路子方案優(yōu)選

比選PLC控制電路子方案，選用GCAN-PLC-320-16模塊，技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)定目標(biāo)要求，價(jià)格低且支持國(guó)產(chǎn)器件運(yùn)行環(huán)境。

（3）顯示屏方案

顯示屏選擇成熟常用的YKHMI-7顯示屏，支持PLC接口，供電電壓直流12 V，滿足設(shè)定目標(biāo)要求。

（4）采集測(cè)量電路方案優(yōu)選

采集測(cè)量電路方案選用877-RES數(shù)據(jù)采集模塊，滿足設(shè)定目標(biāo)要求，且性價(jià)比高。

（5）夾具設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

通過比選夾具設(shè)計(jì)方案，選用彈扣夾具，由彈扣和彈針彈性支撐定位固定電路板，操作更便捷、定位更精準(zhǔn)。

（6）外殼材質(zhì)方案優(yōu)選

外殼材質(zhì)選用電木板，原料價(jià)格低，具有絕緣良好、防靜電等性能優(yōu)勢(shì)。

（7）PLC軟件開發(fā)方案

PLC軟件開發(fā)方案復(fù)雜度低、集中度高、控制邏輯清晰、通信方式簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)量較小，適合采用PLC可編程控制系統(tǒng)，且能夠控制15路I/O，傳輸方式采用RS485采集、顯示數(shù)據(jù)，滿足目標(biāo)要求，最佳方案樹如圖4所示。

圖4 最佳方案樹

制定對(duì)策及方案實(shí)施

QC小組成員按照優(yōu)選方案，以“5W1H”原則制訂了對(duì)策見表2。針對(duì)制定的方案對(duì)策，實(shí)施采取了7項(xiàng)措施。

表2 制定對(duì)策

（1）RD-125-1224模塊制作測(cè)試儀電源

外購(gòu)AC/DC電源模塊，通電進(jìn)行技術(shù)規(guī)格驗(yàn)證。輸出電壓24 VDC、輸出電流≤5 A；輸出電壓12 VDC、輸出電流≤7 A，滿足測(cè)試需求。

（2）采購(gòu)YKHMI-7顯示屏

采購(gòu)YKHMI-7顯示屏，進(jìn)行通電檢驗(yàn)，支持PLC接口，工作電壓12 VDC，工作電流350 mA，滿足測(cè)試需求。

（3）GCAN-PLC-320-16實(shí)現(xiàn) 15 路衰減選通

采購(gòu)GCAN-PLC-320-16控制器，控制器與顯示屏聯(lián)機(jī)，可編程、性能良好、操作便捷，滿足測(cè)試需求。

（4）877-RES數(shù)據(jù)采集模塊測(cè)量信號(hào)衰減參數(shù)

采購(gòu)877-RES數(shù)據(jù)采集模塊，通電并發(fā)送TTL觸發(fā)信號(hào)給數(shù)據(jù)采集模塊，測(cè)量波形幅值顯示5.009 V，滿足測(cè)試需求，877-RES數(shù)據(jù)采集模塊測(cè)試如圖5所示。

圖5 877-RES數(shù)據(jù)采集模塊測(cè)試

（5）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施

根據(jù)電路板設(shè)計(jì)、加工彈針及裝夾模塊，根據(jù)選型零部件進(jìn)行機(jī)殼設(shè)計(jì)、加工、安裝調(diào)試，外形尺寸為240 mm×278 mm×208 mm，質(zhì)量為4.55 kg，滿足測(cè)試需求，彈針示意及裝夾模塊如圖6所示，測(cè)試儀設(shè)計(jì)示意及實(shí)物如圖7所示。

圖6 彈針示意及裝夾模塊

圖7 測(cè)試儀設(shè)計(jì)示意及實(shí)物

（6）PLC自動(dòng)測(cè)試軟件開發(fā)

設(shè)計(jì)軟件需求和流程圖，編寫程序代碼，測(cè)試軟件功能，可控制15路通路、自動(dòng)切換通路，具有通路故障檢測(cè)功能，可采集、測(cè)量和顯示各通路的衰減參數(shù)，軟件功能測(cè)試界面如圖8所示。

圖8 軟件功能測(cè)試界面

（7）測(cè)試儀應(yīng)用

安裝被測(cè)試件，接入信號(hào)發(fā)生器，啟動(dòng)測(cè)試儀電源，設(shè)置輸入?yún)?shù)，啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)試，查看測(cè)試結(jié)果，準(zhǔn)確判斷了15路衰減通路通斷狀態(tài)，測(cè)量并保存了每個(gè)通路的信號(hào)的峰值電壓和衰減倍數(shù)；與手動(dòng)測(cè)量對(duì)比數(shù)據(jù)一致，精度為0.01 V，0.1 dB；測(cè)試時(shí)間為22 s，達(dá)到階段目標(biāo)，測(cè)試儀工作如圖9所示，測(cè)試流程界面如圖10所示。

圖9 測(cè)試儀工作

圖10 測(cè)試流程界面

測(cè)試儀效果檢查

（1）將自動(dòng)測(cè)試儀應(yīng)用于透視儀進(jìn)行測(cè)試，QC小組統(tǒng)計(jì)和分析了5個(gè)月應(yīng)用情況，平均測(cè)試時(shí)間為22 s，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)需求。

（2）采用自動(dòng)測(cè)試儀測(cè)試透視儀41臺(tái)，比原測(cè)試方法減少 20.254 h，減少生產(chǎn)成本3 138.1元。

（3）自動(dòng)測(cè)試儀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在其他產(chǎn)品測(cè)試的升級(jí)換代中起到了示范推廣作用，簡(jiǎn)化測(cè)試工序，強(qiáng)化了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

總 結(jié)

（1）QC小組集思廣益，成功研制透視儀的信號(hào)衰減板自動(dòng)測(cè)試儀，通過5個(gè)月的測(cè)試應(yīng)用，操作便捷、性能穩(wěn)定可靠，平均測(cè)試時(shí)間22 s，提高了工作效率，簡(jiǎn)化操作流程，提高了測(cè)試設(shè)備自動(dòng)化水平。

（2）利用LabVIEW采集射頻信號(hào)峰值電壓和衰減倍數(shù)，通過PLC中心控制，實(shí)現(xiàn)多通道判斷和選通，取消人工測(cè)量，工裝夾具精準(zhǔn)定位測(cè)試點(diǎn)，取消焊接操作；透視儀信號(hào)衰減自動(dòng)測(cè)試儀軟件注冊(cè)登記了計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行PDCA循環(huán)，掌握了創(chuàng)新性QC小組活動(dòng)的實(shí)施流程，增強(qiáng)了質(zhì)量意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高了自身能力水平。

（4）QC小組將進(jìn)一步鞏固完善本次活動(dòng)成果，將該技術(shù)推廣應(yīng)用；下一步擬開展防爆探地雷達(dá)電源自動(dòng)充放電裝置研制為課題的QC活動(dòng)。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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