QC優(yōu)秀成果┃平均測試時間22秒！礦井物探透視儀信號衰減板自動測試儀研制

煤礦地質(zhì)精準(zhǔn)探測對物探設(shè)備提出了新要求，精細化反演、動態(tài)監(jiān)控、智能化識別是物探技術(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、無線電波透視探測等。無線電波透視探測技術(shù)，在采煤工作面內(nèi)部斷層、陷落柱等構(gòu)造探測方面具有顯著優(yōu)勢，探查速度快、費用低、效果好，是國內(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)計工作，曾獲中國職工技術(shù)協(xié)會職工技術(shù)成果獎一等獎、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎二等獎、重慶市質(zhì)協(xié)QC成果一等獎。E-mail：YPF_1949@163.com

作者單位：中煤科工集團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衰減板自動測試儀研制[J].智能礦山，2025，6(4)：61-65.

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

圖1 透視儀與探測成果

圖2 信號衰減板測試現(xiàn)場

選擇課題與目標(biāo)確定

（1）選擇課題

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

為進一步發(fā)掘行業(yè)現(xiàn)有判斷通路通斷及選通、采集射頻信號的方式，檢索自動控制、通路選通、射頻信號采集、虛擬示波器、電路板測試、工裝夾具等關(guān)鍵詞，借鑒了3篇參考文獻的設(shè)計思路和理念，設(shè)計出基于PLC中心控制、通過LabVIEW采集射頻信號數(shù)據(jù)、夾具定位測試點的自動測試儀，實現(xiàn)信號衰減板的自動測試，借鑒點、借鑒原理及創(chuàng)新思路見表1。

表1 借鑒點及創(chuàng)新思路

（2）設(shè)定目標(biāo)

根據(jù)測試現(xiàn)場的具體需求，PLC運行速度為5 us/步，每通路測試時間為PLC運行時間+繼電器切換時間+模塊轉(zhuǎn)換時間+模塊通信時間，每通路所需時間約1.46 s，需測試15個通路，測試時間共需約21.9 s，確定研究目標(biāo)為透視儀信號衰減板測試時間由原來的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測試儀的功能和架構(gòu)，結(jié)合調(diào)查分析情況，提出了3條研發(fā)思路。

（1）測試儀由供電電源、選通控制電路、采集測量電路、顯示屏、測試軟件和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊組成。

（2）滿足15路衰減通路自動切換，并具有通路的故障檢測功能。

（3）具備測量及顯示各通路的信號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

對比確定了選用RD-125-1224AC/DC電源模塊，供電電源方案性價比好，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，價格低且支持國產(chǎn)器件運行環(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）采集測量電路方案優(yōu)選

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

（5）夾具設(shè)計方案優(yōu)選

通過比選夾具設(shè)計方案，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，原料價格低，具有絕緣良好、防靜電等性能優(yōu)勢。

（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

制定對策及方案實施

QC小組成員按照優(yōu)選方案，以“5W1H”原則制訂了對策見表2。針對制定的方案對策，實施采取了7項措施。

表2 制定對策

（1）RD-125-1224模塊制作測試儀電源

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

（2）采購YKHMI-7顯示屏

采購YKHMI-7顯示屏，進行通電檢驗，支持PLC接口，工作電壓12 VDC，工作電流350 mA，滿足測試需求。

（3）GCAN-PLC-320-16實現(xiàn) 15 路衰減選通

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

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

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

圖5 877-RES數(shù)據(jù)采集模塊測試

（5）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計實施

根據(jù)電路板設(shè)計、加工彈針及裝夾模塊，根據(jù)選型零部件進行機殼設(shè)計、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，滿足測試需求，彈針示意及裝夾模塊如圖6所示，測試儀設(shè)計示意及實物如圖7所示。

圖6 彈針示意及裝夾模塊

圖7 測試儀設(shè)計示意及實物

（6）PLC自動測試軟件開發(fā)

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

圖8 軟件功能測試界面

（7）測試儀應(yīng)用

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

圖9 測試儀工作

圖10 測試流程界面

測試儀效果檢查

（1）將自動測試儀應(yīng)用于透視儀進行測試，QC小組統(tǒng)計和分析了5個月應(yīng)用情況，平均測試時間為22 s，滿足設(shè)計目標(biāo)需求。

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

（3）自動測試儀的創(chuàng)新設(shè)計在其他產(chǎn)品測試的升級換代中起到了示范推廣作用，簡化測試工序，強化了發(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衰減板自動測試儀，通過5個月的測試應(yīng)用，操作便捷、性能穩(wěn)定可靠，平均測試時間22 s，提高了工作效率，簡化操作流程，提高了測試設(shè)備自動化水平。

（2）利用LabVIEW采集射頻信號峰值電壓和衰減倍數(shù)，通過PLC中心控制，實現(xiàn)多通道判斷和選通，取消人工測量，工裝夾具精準(zhǔn)定位測試點，取消焊接操作；透視儀信號衰減自動測試儀軟件注冊登記了計算機軟件著作權(quán)。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行PDCA循環(huán)，掌握了創(chuàng)新性QC小組活動的實施流程，增強了質(zhì)量意識和團隊協(xié)作精神，提高了自身能力水平。

（4）QC小組將進一步鞏固完善本次活動成果，將該技術(shù)推廣應(yīng)用；下一步擬開展防爆探地雷達電源自動充放電裝置研制為課題的QC活動。

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、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊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)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

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聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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