CN109095308A - 一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，包括终端磨耗量检测端、中继路由和上位机磨耗可靠度监控***，所述终端磨耗量检测端将检测到的磨耗数据进行处理并发送给中转路由；中转路由收到数据后传输给上位机磨耗可靠度监控***；上位机磨耗可靠度监控***实现电梯轮槽磨耗可靠度的计算、实时显示以及存储；处理器采用MSP430单片机，无线收发芯片采用无线收发芯片CC110L。上述检测方法是非接触的，能够实现快速、高精度判断和检测电梯轮槽磨耗的可靠程度，解决了电梯可靠性检测的关键技术，有着广泛的应用前景。

Description

一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法

技术领域

本发明涉及电梯检测技术领域，具体涉及一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法。

背景技术

曳引式电梯因为在应用中具有可靠性高、安全性高等优点、提升高度不受限制，容易控制速度，因此得到了广泛应用并成为市场中的主流电梯。曳引式电梯的升降主要通过曳引驱动实现，该***能够完成固定楼层的固定升降，方便乘客出行，符合人们在生活上的具体需求。

但是，从其在具体应用中的情况来看，现有的曳引式电梯其轮槽容易受到磨损，引发事故，给人身和设备安全构成严重威胁。比如，某办公用电梯,设备型号TKJ1000/1.75JXW,额定速度为1.75m/s,额定载重量1000kg,运行了5年，电梯曳引轮靠外侧两根曳引钢丝绳磨曳引轮绳槽,磨耗量严重达3-5mm,最后引发事故。电梯在日常使用过程中，对设备的安全性有着很高要求，由此可见，加强对电梯轮槽磨耗的检测具有重要的现实意义。

目前，电梯曳引轮磨耗检测主要是采用现场勘察和测试钢丝绳预扭力矩等等,这些方法费时费力，而且不能快速、准确、可靠地判断和检测电梯轮槽磨耗情况，不能定量地从可靠度的角度来监测电梯的安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，该检测方法是非接触的，能够实现快速、高精度判断和检测电梯轮槽磨耗的可靠程度，解决了电梯可靠性检测的关键技术。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，包括终端磨耗量检测端、中继路由和上位机磨耗可靠度监控***，其特征在于：所述终端磨耗量检测端将检测到的磨耗数据进行处理并发送给中转路由；中转路由收到数据后传输给上位机磨耗可靠度监控***；上位机磨耗可靠度监控***实现电梯轮槽磨耗可靠度的计算、实时显示以及存储；电梯轮槽磨耗可靠度检测具体步骤如下：

(1)终端数据采集：在曳引轮绳槽中悬挂钢丝绳，钢丝绳的两端分别与对重和轿厢连接，钢丝绳与曳引轮之间摩擦运动完成对轿厢的降落与升起的带动，采用非接触测量，利用涡旋感应电流传感器对电梯轮槽磨耗进行检测；

(2)终端数据处理：涡旋感应电流传感器采集到的数据通过放大、检波、滤波后，传送给处理器进行AD转换，将电压信号转化为数字信号，同时因为涡旋感应电流传感器受温度影响较大通过结合处理器内部的温度传感器所测得温度，对测量值进行分段的温度补偿处理，处理完成后的数值通过处理器的SPI接口传送给无线收发芯片，完成终端数据的采集、处理以及发送；

(3)终端数据传输到上位机磨耗可靠度监控***后，上位机磨耗可靠度监控***根据已标定的初始值经过计算得出电梯轮槽磨耗量。

作为优选的，步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)采用模拟乘法器设计同步检波器，同步检波也采用模拟乘法器将同步信号与已调信号相乘；

(2.2)在涡旋感应电流传感器前置器与检波器之间设置高频放大电路，用于放大采集的高频信号，同时隔离来自外界干扰，截止频率为100HZ；

(2.3)无线通信是基于无线收发芯片实现的，设定在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM和SRD频段；选择射频频率433MHz，采用全向天线作为发射和接收天线。

作为优选的，处理器采用MSP430单片机，无线收发芯片采用无线收发芯片CC110L，无线收发芯片初始化包括上电复位以及内部寄存器的配置。

无线收发芯片利用循环冗余校验码CRC进行检错，在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去；在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。

上位机磨耗可靠度监控***的上位机磨耗可靠度的计算包括以下步骤：

(a)根据可靠性工程和可靠性理论，基于概率干涉方法，计算轮槽磨耗故障概率密度；轮槽的磨耗量w使电梯不能正常工作的概率，记为f(w)，用公式表示：

式中，μ为轮槽磨耗量的均值，σ²为轮槽磨耗量的方差，w为轮槽的磨耗量。

(b)对轮槽磨耗故障概率密度函数进行积分，获得了轮槽磨耗累积故障概率，轮槽磨耗的不可靠度，用F(w)表示：

(c)根据终端数据采集和中转路由传输到上位机的轮槽的磨耗量w，实时计算和监测轮槽磨耗的可靠度，用R(w)表示：

R(w)＝1-F(w)。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明采用导体涡旋感应效应、无线射频技术和可靠性理论设计了一个非接触的曳引式电梯轮槽磨耗可靠度的检测方法。***的终端通过涡旋感应电流传感器探头线圈产生的交变磁场与被测电梯轮槽感应的相反交变磁场的涡旋叠加引起探头线圈的有效阻抗发生变化来检测电梯轮槽磨耗量，磨耗量的数据通过中转路由传送到上位机磨耗可靠度监控***。上位机磨耗可靠度监控***基于可靠性工程的概率干涉原理，把电梯轮槽磨耗量视为一个随机变量，建立了电梯轮槽磨耗可靠度计算的模型，本发明能够实现快速、高精度判断和检测电梯轮槽磨耗的可靠程度，解决了电梯可靠性检测的关键技术，有着广泛的应用前景。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的***结构示意图；

图2为本发明实施例涡旋感应电流传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例终端数据处理流程示意图；

图4为本发明实施例高频放大电路示意图；

图5为本发明实施例检波器的电路示意图；

图6为本发明实施例处理器工作模式的示意图；

图7为本发明实施例无线收发芯片的数据收发流程示意图。

具体实施方式

参见图1至图7，本发明公开的一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，包括终端磨耗量检测端、中继路由和上位机磨耗可靠度监控***，所述终端磨耗量检测端将检测到的磨耗数据进行处理并发送给中转路由；中转路由收到数据后传输给上位机磨耗可靠度监控***；上位机磨耗可靠度监控***实现电梯轮槽磨耗可靠度的计算、实时显示以及存储；电梯轮槽磨耗可靠度检测具体步骤如下：

(1)终端数据采集：在曳引轮绳槽中悬挂钢丝绳，钢丝绳的两端分别与对重和轿厢连接，钢丝绳与曳引轮之间摩擦运动完成对轿厢的降落与升起的带动，采用非接触测量，利用涡旋感应电流传感器对电梯轮槽磨耗进行检测；

(2)终端数据处理：涡旋感应电流传感器采集到的数据通过放大、检波、滤波后，传送给处理器进行AD转换，将电压信号转化为数字信号，同时因为涡旋感应电流传感器受温度影响较大通过结合处理器内部的温度传感器所测得温度，对测量值进行分段的温度补偿处理，处理完成后的数值通过处理器的SPI接口传送给无线收发芯片，完成终端数据的采集、处理以及发送；

(3)终端数据传输到上位机磨耗可靠度监控***后，上位机磨耗可靠度监控***根据已标定的初始值经过计算得出电梯轮槽磨耗量。

作为优选的，处理器采用MSP430单片机，无线收发芯片采用无线收发芯片CC110L。

终端数据采集：涡旋感应电流传感器就是利用导体涡旋感应效应，将非电量转换为线圈阻抗变化来进行测量的。涡旋感应电流传感器前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场H₁。当被测电梯轮槽靠近这一磁场，则在轮槽表面产生涡旋状的感应电流，与此同时该涡旋电流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场H₂，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变，导致线圈的有效阻抗发生变化，这一变化与轮槽的电导率σ、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与轮槽表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。

线圈特征阻抗Z的函数关系为：

Z＝F(τ,ξ,σ,D,I,ω)

式中，σ为电导率、ξ为磁导率、τ为尺寸因子、D为头部体线圈与轮槽表面的距离、I为电流强度，ω为频率。

通常控制电导率σ、磁导率ξ、尺寸因子τ、电流强度I和频率ω在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，即：

Z＝F(D)。

终端数据处理：涡旋感应电流传感器采集到的数据通过放大、检波、滤波后，传送给MSP430单片机进行AD转换。将电压信号转化为数字信号，同时因为涡旋感应电流传感器受温度影响较大，因此发明通过结合MSP430单片机内部的温度传感器所测得温度，对测量值进行分段的温度补偿处理，处理完成后的数值通过单片机的SPI接口传送给无线收发芯片CC110L，完成终端数据的采集、处理以及发送，如图3所示。终端数据传输到上位机磨耗可靠度监控***后，上位机磨耗可靠度监控***根据已标定的初始值经过计算得出电梯轮槽磨耗量。

作为优选的，步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)采用模拟乘法器设计同步检波器，同步检波也采用模拟乘法器将同步信号与已调信号相乘；

(2.2)在涡旋感应电流传感器前置器与检波器之间设置高频放大电路，用于放大采集的高频信号，同时隔离来自外界干扰，截止频率为100HZ；

(2.3)无线通信是基于无线收发芯片实现的，设定在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM和SRD频段；选择射频频率433MHz，采用全向天线作为发射和接收天线。

本发明采用模拟乘法器MC1496设计同步检波器。同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘，设计电路如图5所示。

v_x端输入载波信号U_c：

U_c(t)＝U_cm cosω_ct

式中，U_cm为载波信号的幅度，ω_c为载波信号的角频率。

v_y端输入已调波信号U_s：

U_S(t)＝U_sm cosω_ctcosΩt

式中，U_sm为载波信号的幅度，ω_c为载波信号的角频率，Ω为调制信号的角频率。

经乘法器相乘，由上式可得输出信号U₀(t)为：

式中，K_E为比例系数。

根据公式可知，要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘，实现同步解调。经过低通滤波器滤除2ω₁附近的频率分量后，得到频率为Ω的低频信号：

式中，U_s为已调波信号，U_C为载波信号，为相位差。

输出端接有电阻R11、C6组成的低通滤波器和1uF的隔直电容，所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调。

无线收发芯片CC110L是一种低成本、低功耗、无需申请频点、传输可靠、支持无线传感器网络技术的单片可编程收发芯片。其工作频段灵活，可设定在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM和SRD频段。该***选择射频频率433MHz，该频段无需申请频段许可，同时采用全向天线作为发射和接受天线.从而确保信号发射无死区。本发明使用MSP430芯片通过SPI口对CC110L进行基本参数设置以及发送和接收的控制，其工作设计模式如图6所示。

无线收发芯片CC110L的初始化。无线收发芯片CC110L的初始化包括上电复位以及内部寄存器的配置。MSP430单片机通过SPI(Serial总线)读写无线收发芯片CC110L内部寄存器地址位0X00～0X3F，实现功能设定及测试。其中OX00～OX2E是配置寄存器地址，进行无线收发芯片CC110L载波频率、数据速率、数据包处理方式等基本功能设置：0X30～0X3F是状态寄存器和命令滤波器地址，其中状态寄存器为只读，包含了无线收发芯片CC110L的状态信息。

本发明利用循环冗余校验码CRC进行检错，在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。基本接收、发送流程如图7所示。

上位机磨耗可靠度的计算

(a)根据可靠性工程和可靠性理论，基于概率干涉方法，计算轮槽磨耗故障概率密度。即轮槽的磨耗量使电梯不能正常工作的概率，记为f(w)。用公式表示：

式中，μ为轮槽磨耗量的均值，σ²为轮槽磨耗量的方差。

(b)对轮槽磨耗故障概率密度函数进行积分，获得了轮槽磨耗累积故障概率，即轮槽磨耗的不可靠度。用F(w)表示。

(3)根据终端数据采集和中转路由传输到上位机的轮槽的磨耗量w，实时计算和监测轮槽磨耗的可靠度，用R(w)表示。

R(w)＝1-F(w)

本实施例对电梯轮槽磨耗进行了监测：

测得电梯轮槽磨耗可靠度均值为0.2mm，方差0.05mm；

磨耗可靠度监测结果为：0.99875。

本发明采用导体涡旋感应效应、无线射频技术和可靠性理论设计了一个非接触的曳引式电梯轮槽磨耗可靠度的检测方法。***的终端通过涡旋感应电流传感器探头线圈产生的交变磁场与被测电梯轮槽感应的相反交变磁场的涡旋叠加引起探头线圈的有效阻抗发生变化来检测电梯轮槽磨耗量，磨耗量的数据通过中转路由传送到上位机磨耗可靠度监控***。上位机磨耗可靠度监控***基于可靠性工程的概率干涉原理，把电梯轮槽磨耗量视为一个随机变量，建立了电梯轮槽磨耗可靠度计算的模型，本发明能够实现快速、高精度判断和检测电梯轮槽磨耗的可靠程度，解决了电梯可靠性检测的关键技术，有着广泛的应用前景。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，包括终端磨耗量检测端、中继路由和上位机磨耗可靠度监控***，其特征在于：所述终端磨耗量检测端将检测到的磨耗数据进行处理并发送给中转路由；中转路由收到数据后传输给上位机磨耗可靠度监控***；上位机磨耗可靠度监控***实现电梯轮槽磨耗可靠度的计算、实时显示以及存储；电梯轮槽磨耗可靠度检测具体步骤如下：

(1)终端数据采集：在曳引轮绳槽中悬挂钢丝绳，钢丝绳的两端分别与对重和轿厢连接，钢丝绳与曳引轮之间摩擦运动完成对轿厢的降落与升起的带动，采用非接触测量，利用涡旋感应电流传感器对电梯轮槽磨耗进行检测；

(2)终端数据处理：涡旋感应电流传感器采集到的数据通过放大、检波、滤波后，传送给处理器进行AD转换，将电压信号转化为数字信号，同时因为涡旋感应电流传感器受温度影响较大通过结合处理器内部的温度传感器所测得温度，对测量值进行分段的温度补偿处理，处理完成后的数值通过处理器的SPI接口传送给无线收发芯片，完成终端数据的采集、处理以及发送；

(3)终端数据传输到上位机磨耗可靠度监控***后，上位机磨耗可靠度监控***根据已标定的初始值经过计算得出电梯轮槽磨耗量。

2.根据权利要求1所述的一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，其特征在于：步骤(2)包括以下子步骤：

(2.1)采用模拟乘法器设计同步检波器，同步检波也采用模拟乘法器将同步信号与已调信号相乘；

(2.2)在涡旋感应电流传感器前置器与检波器之间设置高频放大电路，用于放大采集的高频信号，同时隔离来自外界干扰，截止频率为100HZ；

(2.3)无线通信是基于无线收发芯片实现的，设定在315MHz、433MHz、868MHz和915MHz的ISM和SRD频段；选择射频频率433MHz，采用全向天线作为发射和接收天线。

3.根据权利要求2所述的一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，其特征在于：处理器采用MSP430单片机，无线收发芯片采用无线收发芯片CC110L，无线收发芯片初始化包括上电复位以及内部寄存器的配置。

4.根据权利要求3所述的一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，其特征在于：无线收发芯片利用循环冗余校验码CRC进行检错，在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去；在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。

5.根据权利要求1所述的一种电梯轮槽磨耗可靠度检测方法，其特征在于：上位机磨耗可靠度监控***的上位机磨耗可靠度的计算包括以下步骤：

(a)根据可靠性工程和可靠性理论，基于概率干涉方法，计算轮槽磨耗故障概率密度；轮槽的磨耗量w使电梯不能正常工作的概率，记为f(w)，用公式表示：

式中，μ为轮槽磨耗量的均值，σ²为轮槽磨耗量的方差。

(b)对轮槽磨耗故障概率密度函数进行积分，获得了轮槽磨耗累积故障概率，轮槽磨耗的不可靠度，用F(w)表示：

(c)根据终端数据采集和中转路由传输到上位机的轮槽的磨耗量w，实时计算和监测轮槽磨耗的可靠度，用R(w)表示：

R(w)＝1-F(w)。