为保障煤矿井下地质勘探钻孔中测斜装备的可靠运行，设计基于 LabVIEW的钻孔测斜设备承压性能试验台。该试验台以气动增压泵为压力执行元件，结合虚拟仪器与 PLC 控制技术，可精准模拟井下压力环境，完成水压、疲劳等试验，实现数据自动采集、分析与报告生成，满足煤矿测斜装备出厂检测与性能验证需求。

​

应用场景

主要用于煤矿井下钻孔测斜装备的出厂性能检测与日常维护验证，涵盖无线随钻测量装置、有线随钻测量装置、全方位钻孔轨迹仪等产品。在装备投入井下勘探前，通过模拟不同深度钻孔的压力环境，测试其在设定压力、升压速率下的承压稳定性，以及长期循环压力作用下的疲劳耐受度，确保装备在断层、陷落柱、采空区等复杂地质区域勘探时，能持续稳定输出钻孔轨迹数据，避免因装备承压失效导致勘探数据偏差，保障煤矿生产安全。

四、软件架构

软件以 LabVIEW 为开发平台，采用模块化设计，分为参数设置、实时控制、数据处理、报表生成四大模块，各模块协同实现试验全流程自动化：

1. 参数设置模块：提供可视化界面，支持用户输入水压试验的压力值（0-100MPa 可调）、升压速率（0.1-5MPa/min 可设）、保压时间（0-3600s 可选），以及疲劳试验的循环次数（1-1000 次可定）。输入参数后，系统自动校验合理性（如压力值不超过硬件最大承受范围），校验通过后将参数同步至 PLC 控制单元。

2. 实时控制模块：通过 LabVIEW 与 PLC 的通信协议（如 Modbus），实时发送控制指令至电气比例阀。同时，接收压力传感器经数据采集卡传输的实时压力数据，构建闭环控制逻辑 —— 当实际压力低于设定值时，增大比例阀开度提升加压速率；当实际压力接近设定值时，减小开度稳定升压，确保压力精准达到设定值后，维持保压状态，避免压力波动超 ±0.2MPa。

3. 数据处理模块：实时采集压力数据与时间数据，在界面生成动态 p-t 曲线，直观展示试验过程压力变化趋势。同时，对采集的原始数据进行滤波处理（采用滑动平均算法），剔除干扰信号，保证数据准确性。将处理后的数据按时间戳存储至数据库（如 SQL Server），支持试验过程中实时调取历史数据，对比当前数据与历史最优数据的偏差。

4. 报表生成模块：试验结束后，自动从数据库提取试验参数、p-t 曲线数据、试验结果（如是否出现压力泄漏），按预设模板生成图文并茂的试验记录单（含试验日期、样品编号、参数设置）与检验报告单（含合格判定结果）。支持 PDF 格式导出与打印，报表中嵌入 p-t 曲线图片，便于直观追溯试验过程。

系统特点

1. 高精度控制：采用高精度压力传感器（±0.1% FS）与闭环控制逻辑，压力控制误差≤±0.2MPa，升压速率控制误差≤±0.1MPa/min，满足测斜装备对试验精度的严苛要求。

2. 高自动化程度：从参数设置、试验运行到数据存储、报表生成，全程无需人工干预，减少人为操作误差，同时降低操作人员劳动强度，单台设备可实现无人值守试验（试验过程中异常情况自动报警）。

3. 高安全性：软件内置多重安全保护逻辑 —— 当压力超过硬件最大承受值 10% 时，自动关闭气动增压泵并打开泄压阀；当传感器通信中断或 PLC 故障时，触发声光报警并记录故障代码，便于快速排查问题，避免设备损坏与安全事故。

4. 强兼容性：支持多种型号测斜装备的试验需求，通过更换适配的测试夹具（根据样品接口尺寸定制），可快速切换测试对象，无需重新开发软件，提升设备利用率。

问题与解决

1. 问题 1：试验过程压力波动超差

• 现象：在保压阶段，压力值频繁波动，最大波动幅度达 ±0.5MPa，超出允许范围。

• 原因：电气比例阀响应延迟，当压力接近设定值时，比例阀开度调节不及时，导致压力过冲后又快速下降；同时，测试腔室存在微小泄漏，加剧压力波动。

• 解决：①优化闭环控制算法，采用 PID 参数自整定策略，根据压力偏差大小动态调整比例阀控制信号，缩短响应时间，将压力过冲量控制在 ±0.1MPa 内；②对测试腔室接口处采用双密封圈密封结构，选用耐高压氟橡胶密封圈，减少泄漏量，经测试后保压阶段压力波动幅度降至 ±0.2MPa 以内。

1. 问题 2：LabVIEW 与 PLC 通信中断

• 现象：试验过程中偶尔出现 LabVIEW 软件与 PLC 通信中断，导致控制指令无法传输，试验暂停。

• 原因：现场工业环境存在电磁干扰，影响通信线路（如屏蔽双绞线）的信号传输；同时，通信协议未设置重连机制，一旦信号丢失，无法自动恢复通信。

• 解决：①将通信线路更换为带双层屏蔽的双绞线，屏蔽层两端接地，减少电磁干扰；②在 LabVIEW 软件通信模块中添加自动重连逻辑，当检测到通信中断时，自动尝试重新建立连接（每 100ms 尝试一次），并记录中断时间与原因，重连成功后继续执行未完成的试验流程，避免试验中断导致的数据丢失。

1. 问题 3：疲劳试验循环次数计数偏差

• 现象：疲劳试验设定循环次数为 100 次，实际完成后系统计数为 98 次，存在计数偏差。

• 原因：疲劳试验中，压力从峰值降至谷值的判定阈值设置过高，部分循环中压力未降至阈值以下，系统未识别为一次完整循环，导致计数漏记。

• 解决：在参数设置模块中增加谷值判定阈值可调功能，用户可根据样品特性设置合理阈值（如峰值的 10%-30%）；同时，优化循环计数逻辑，当压力从峰值降至阈值以下，再升至峰值并稳定后，才判定为一次完整循环，经测试后计数偏差为 0，确保循环次数精准。