CN102874665B - 一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法。该方法包括：a.拾取和调理三轴向加速度信号；b.将三轴向加速度信号通过低通滤波、积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；c.根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否达到匀速状态；d.通过人为触发远程触发开关来制造扶梯制停事件，同时由电梯性能分析仪自动记录当前采集数据点的位置A；e.在人为制造扶梯制停过程中，根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否停止，此时由电梯性能分析仪自动记录停止点的位置B；f.由位置点A与位置点B之间的位移计算得出制停距离。此外，本发明还提供了根据上述方法的实现装置。

Description

一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法及装置

技术领域：

本发明涉及电子测量和数据处理，特别涉及一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法及装置。

背景技术：

自动扶梯及自动人行道是一种连续运输人员的专用设备，以其运行稳定、安全可靠、输送能力强、使用方便等特点而成为公共场所重要的人员运输工具，广泛应用于机场、超市、大卖场、酒店、医院、宾馆等公共场合。

制动器是确保自动扶梯正常安全运行的重要部件，他能保证自动扶梯遭遇停电或其他突发状况下可靠制停。因此其制动力应满足制动要求，以使自动扶梯能按照要求的减速度很制停距离制停。制停距离过大则制动力过小，不能可靠制停。制停距离过小则减速度过大，乘客惯性大，容易摔倒。一般应控制在0.21~0.8m/s²之间。

额定速度／(m/s)	自动扶梯制停距离／m	自动人行道制停距离／m	平均制停距离／m
				0.50	0.2~1.0	0.2~1.0	0.6
0.65	0.3~1.3	0.3~1.3	0.8
				0.75	0.35~1.5	0.35~1.5	0.925
0.90		0.4~1.7	1.05

表1

表1显示的是自动扶梯及自动人行道的制停距离，由表1可见，制停距离是产品设计时的主要参数之一，也是检验时的重要指标之一。然而，如何快捷、准确地测量自动扶梯及自动人行道制停距离是许多设计人员及现场检验员颇为头疼的技术问题。

以下为现有技术中四种当前较为常用的测量制停距离的方法。

方法一；

制停时按下急停按钮，同时对露出梳齿的梯级最末端作好标记，制停后测量标记与梳齿间的距离，这种方法可同时适用于空载和有载测量。空载测量相对来说简单一些，有载测量时将砝码载荷布置在自动扶梯上部2／3的梯级上，留出尽可能多的运行距离。启动自动扶梯向下运行，一旦自动扶梯进入正常运行后按下急停按钮，同时对梯级作好标记，制停后测量标记与梳齿问的距离，按此方法重复测量取平均值作为制停距离。但是，这种方法受人为因素影响大，不同的测量人员、不同的测量时间都将影响测量结果，测量精度不高。

方法二；

在梯级和围裙板上作标记，待标记重合时按下急停按钮，测量两条标记之间的距离即为制停距离。空载测量相对来说比较简单，但对于有载制停距离的测量就复杂多了。如果制动载荷采用站人的方式，在每个梯级上站2人（约120kg），自动扶梯启动后人不断地站上去，待标记重合时按下急停按钮，制停后测量标记线之间的距离。这种检测方法存在一定弊端，在检测时往往找不到足够的人来完成检测，制动时的载荷是否满足标准要求不确定，而且实施起来不方便，安全性不好，测量误差大。如果制动载荷采用砝码，那么将砝码布置在自动扶梯上部2／3的梯级上，向下启动自动扶梯至正常运行后，待标记重合时按下急停按钮。这种测量方法仍然受人为因素的影响，但测量精度比第1种方法要高。

方法三：

将感应元件对（如光电开关、磁开关等）分别固定在梯级和围裙板上，并将感应元件的触点串接在安全回路中。启动自动扶梯，当感应元件对重合时，安全回路断开使自动扶梯自动停止运行，测量感应元件对之间的距离即为制停距离。此方法比第2种方法更先进，避免了测量人员对结果的影响，但难以判断感应元件对重合的那一刻，自动扶梯是否已到达额定速度。当然也可以在制停试验前，通过模拟试验确定感应元件对的位置以保证重合的那一刻自动扶梯已到达额定速度。但因自动扶梯可见梯级数量的限制，可能无法找到合适的位置确保自动扶梯运行至额定速度。同时，每次制停试验前都需加装感应元件对，也给试验带来不便。

方法四：

利用市场上现有的电梯振动分析仪来测量自动扶梯的制停距离，这是目前市场上一种比较新的方法。因空载测量相对简单，这里仅介绍其有载制停测量的过程。

根据《规范》的要求，将砝码制动载荷布置在梯级上，并让砝码尽可能靠近自动扶梯上部。装上速度模块，开始制停距离的测量。启动自动扶梯的同时，将测速模块的滚轮放在刚从梳齿内出来的梯级上（也可以放在扶手上）。尽可能保持平稳，待自动扶梯运行至额定速度时，用远程开关上的按钮点击围裙板上的急停按钮，这样电梯振动仪就会记录下自动扶梯停止时的速度信号。数据记录结束后，将数据导入电脑，用与振动仪配套的分析工具对数据进行分析，对测得的速度积分得到位移，对速度微分得到加速度。

上述四种方法在测量中体现出来的弊端与不足如下：

利用亿恒科技有限公司电梯综合性能测试仪来测量自动扶梯的制停距离，这里只将其与当前市场最新的市场上现有的电梯振动分析仪（以下简称：仪器A）来比较。

a.仪器A内部电路就是一个低功耗的CMOS电路，而本仪器硬件为嵌入式计算机；

b.仪器A数据采集使用电梯振动分析仪，而分析必须将数据通过串口传输到PC上，再使用对应软件分析；而本仪器对数据采集与分析都可以在电梯综合性能测试仪上，测试过程中可以实时看到测得的信号，也可以将数据通过USB口，传输到普通的PC上分析；

c.仪器A测量制停距离只能使用转速器（滚轮），而本仪器既可以使用滚轮，也可以使用三轴向传感器；

d.仪器A使用滚轮测量，人手一直拿着滚轮靠着梯级或是扶手上，由于不能贴的很紧，也不能很松，因此会存在手的抖动或是力度大小不一，对转速的测量造成了误差。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法该，该方法解决了长期以来自动扶梯或自动人行道制停距离测量方法复杂，测量结果不准确的技术问题。

此外，根据该方法，本发明还提供了实现该方法的装置，该装置作为测量和评价扶梯最关键的设备，使用三轴向传感器加制停开关，测量自动测量扶梯的制停距离。三轴向传感器通过夹具固定在梯级上，不需要其他人为干预，因此不存在人为的因素导致测量信号的不准确性。

本发明的具体技术方案如下：

一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.拾取和调理三轴向加速度信号；

b.将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；所述积分采用公式为n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值；所述三轴向信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移；所述通过对三轴向加速度信号进行积分计算，计算一次得到三轴向速度信号，计算二次则得到三轴向位移信号；所述对三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移；

c.根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否达到匀速状态，当实际运行速度为一恒定值时，则表示是匀速，执行步骤d，否则不是匀速则继续判断，直至扶梯达到匀速；

d.通过人为触发远程触发开关来制造扶梯制停事件，同时由电梯性能分析仪自动记录当前采集数据点的位置A；

e.在人为制造扶梯制停过程中，根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否停止，当实际运行速度为零时则表示扶梯停止，执行步骤f，否则就继续判断，直到扶梯停止，此时由电梯性能分析仪自动记录停止点的位置B；

f.由位置点A与位置点B之间的位移计算得出制停距离。

上述方案中，所述步骤b所述的低通滤波为频率设定为4HZ的二阶巴特沃斯低通滤波。

另外，根据上述方法本发明方法所提出的实现装置，包括电梯性能分析仪，以及分别与该电梯性能分析仪通信连接的远程触发开关和三轴向加速度传感器；其特征在于，所述电梯性能分析仪还包括信号采集模块、信号处理模块、USB通信模块、信号计算模块以及信号显示模块；所述信号采集模块向所连接的三轴向加速度传感器采集加速度信号，并将该信号传输给信号处理模块；信号处理模块将该信号AD转换成数字信号发送给信号计算模块，信号计算模块将该数字信号通过低通滤波后进行X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成，同时将计算出的制停距离结果发送给信号显示模块，由该信号显示模块所连接显示器最终显示所测量的制停距离。

上述方案中，所述X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成是将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；所述积分采用公式为 $\mathrm{\β}\left(n\right)=\mathrm{\β}(n-1)+\frac{\mathrm{\Δt}}{2}[\mathrm{\α}\left(n\right)+\mathrm{\α}(n-1)],$ n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值；所述三轴向信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移；所述通过对三轴向加速度信号进行积分计算，一次积分得到三轴向速度信号，二次积分则得到三轴向位移信号；所述对三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移。

上述方案中，所述信号处理模块与信号计算模块通过USB通信模块连接。该模块将信号处理后的三轴向加速度信号数据传输到内部嵌入式计算机的信号计算模块，由内部计算机进行数据分析与显示。

上述方案中，所述远程触发开关采用延长控制线或者红外无线远程控制的方式来实现对电梯性能分析仪的远程操控。其中，延长控制线的方式是与信号处理模块通过数字IO接口来进行连接的。

上述方案中，所述采用红外无线远程控制的远程触发开关包括遥控发射模块、编码模块；所述电梯性能分析仪设有红外接收模块和解码模块；所述遥控发射模块将指令信号发送给编码模块，由编码模块将该指令信号由数字信号转换成红外模拟信号并发送给红外接收模块，所述红外接收模块在接收该指令信号后将其发送给解码模块，该解码模块将该指令信号由红外模拟信号转换成数字信号，发送给电梯性能分析仪，所述红外接收模块、解码模块与电梯性能分析仪依次通信连接。

本发明方法的有益效果如下：

（1）采用传统的方法：采用人工标记与手动测量标记与梯级梳齿间的距离，存在很大的测量误差，虽然可以重复测量取平均值，但是，这种方法受人为因素影响大，不同的测量人员、不同的测量时间都将影响测量结果；使用感应元件测量虽然比人工测量更先进，但难以判断感应元件对重合的那一刻，自动扶梯是否已到达额定速度，同时，每次制停试验前都需加装感应元件对，也给试验带来不便；使用滚轮测量没有制停触发，无法在速度曲线上找到真正的制停点，测得的制停距离不是真正的制停距离，而且滚轮测量速度，滚轮贴着被测物理的的松紧会直接影响测得的速度值，因此此测量不准确。采用本发明的方法，三轴向传感器直接放在梯级上，由夹具固定，不需要人为干预，扶梯停止，软件自动找到停止点位置。远程触发开关可以记下扶梯制停点的位置，三轴加速度信号二次积分经过合成，即可以得到最终的位移曲线，软件可以直接算出对应的制停距离并显示在界面上。

（2）采用传统的方法：测量制停距离只能得到扶梯的制停距离，而本发明，能精确得到制停距离外，还检测了扶梯的振动加速度、运行速度、运行位移等。

（3）采用传统的方法：如目前市场上PMT的电梯振动分析仪，其内部采用一个低功耗的简单CMOS电路，处理数据精度为16位，而本发明硬件为嵌入式计算机，处理数据精度为24位，具有精确、及时的数据处理能力。

（4）采用传统的方法：测量数据采用的仪器只能存储少量的数据，且不能及时显示分析现场测量的结果，需要将数据拷回到计算机上进行分析，而本发明将数据处理与数据分析、数据显示都放在了一个嵌入式计算机中，可以现场测量马上出现测试信号，现场得到测量的结果。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明所述方法的流程图。

图2为本发明所述方法中信号的计算与合成的框图。

图3为本发明所述方法的实现装置的结构框图。

图4为本发明所述方法的实现装置中红外远程触发开关的结构框图。

图5为采用本发明后在具体实施过程中扶梯制停距离软件分析图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明所述的精确快速测量自动扶梯制停距离的方法，其包括：

步骤S101：拾取和调理三轴向加速度信号；

步骤S102：将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；所述积分采用公式为n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值；所述三轴向信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移；所述通过对三轴向加速度信号进行积分计算，计算一次得到三轴向速度信号，计算二次则得到三轴向位移信号；所述对三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移；上述信号的计算与合成的过程参见图2。

步骤S103：根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否达到匀速状态，当实际运行速度为一恒定值时，则表示是匀速，执行步骤d，否则不是匀速则继续判断，直至扶梯达到匀速；

步骤S104：通过人为触发远程触发开关来制造扶梯制停事件，同时由电梯性能分析仪自动记录当前采集数据点的位置A；

步骤S105：在人为制造扶梯制停过程中，根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否停止，当实际运行速度为零时则表示扶梯停止，执行步骤f，否则就继续判断，直到扶梯停止，此时由电梯性能分析仪自动记录停止点的位置B；

步骤S106：由位置点A与位置点B之间的位移计算得出制停距离。

当然，上述步骤b中的低通滤波为频率设定为4HZ的低通滤波。

如图3所示，根据上述方法本发明方法所提出的实现装置，它包括电梯性能分析仪100，以及分别与该电梯性能分析仪100通信连接的远程触发开关110和三轴向加速度传感器120。

其中，电梯性能分析仪还包括信号采集模块101、信号处理模块（DSP）102、USB通信模块103、信号计算模块（计算机）104以及信号显示模块105；信号采集模块103向所连接的三轴向加速度传感器120采集加速度信号，并将该信号传输给信号处理模块102；信号处理模块102将该信号AD转换成数字信号发送给信号计算模块104，信号计算模块104将该数字信号通过低通滤波后进行X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成，同时将计算出的制停距离结果发送给信号显示模块105，由该信号显示模块105所连接显示器最终显示所测量的制停距离。

当然，信号处理模块102与信号计算模块104通过USB通信模块103连接。该模块将信号处理后的三轴向加速度信号数据传输到内部嵌入式计算机的信号计算模块，由内部计算机进行数据分析与显示。

上面提到的X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成是将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；

积分采用公式为 $\mathrm{\β}\left(n\right)=\mathrm{\β}(n-1)+\frac{\mathrm{\Δt}}{2}[\mathrm{\α}\left(n\right)+\mathrm{\α}(n-1)],$ n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值。

三轴向信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移。

通过对三轴向加速度信号进行积分计算，计算一次得到三轴向速度信号，计算二次则得到三轴向位移信号。对三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移。

另外，上面远程触发开关采用延长控制线或者红外无线远程控制的方式来实现对电梯性能分析仪的远程操控。其中，延长控制线的方式是与信号处理模块通过数字IO接口来进行连接的。这两种方式都可实现远距离操作，区别在于有线与无线，主要针对一些简单的命令操作。

如图4所示，对于采用红外无线远程控制的远程触发开关110包括遥控发射模块111、编码模块112；电梯性能分析仪100设有红外接收模块106和解码模块107；遥控发射模块111将指令信号发送给编码模块112，由编码模块112将该指令信号由数字信号转换成红外模拟信号并发送给红外接收模块106，红外接收模块106在接收该指令信号后将其发送给解码模块107，该解码模块107将该指令信号由红外模拟信号转换成数字信号，发送给电梯性能分析仪100。红外接收模块106、解码模块107与电梯性能分析仪100依次通信连接。

至于三轴向加速度传感器，它主要由压阻式感测元件和前置调理部分组成，其工作原理为：

感测元件：将外界对其的的力感应到电阻的变化。外界力使传感器内感应原件的长度发生变化，由于电阻与长度程线性关系，因此得到电阻的变化率；

前置调理部分：将上面感应得到的电阻变化率，通过电路图转化为电压的变化率。

如图5所示，图为本发明电梯综合性能测试仪采集计算得到的合成后的位移、运行速度、加速度图，其中两条虚线即为制停点A和运行停止点B。图中显示了软件自动计算得到扶梯高度为3.8m,制停距离为0.42m，运行速度为0.5m/s等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种精确快速测量自动扶梯制停距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.拾取和调理三轴向加速度信号；

b.将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；所述积分采用公式为 ，n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值；所述三轴向加速度信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为，A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移；通过对所述三轴向加速度信号进行积分计算，一次积分得到三轴向速度信号，二次积分则得到三轴向位移信号；对所述三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移；

c.根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否达到匀速状态，当实际运行速度为一恒定值时，则表示是匀速，执行步骤d，否则不是匀速则继续判断，直至扶梯达到匀速；

d.通过人为触发远程触发开关来制造扶梯制停事件，同时由电梯性能分析仪自动记录当前采集数据点的位置A；

e.在人为制造扶梯制停过程中，根据步骤b所得的实际运行速度来判断扶梯是否停止，当实际运行速度为零时则表示扶梯停止，执行步骤f，否则就继续判断，直到扶梯停止，此时由电梯性能分析仪自动记录停止点的位置B；

f.由位置点A与位置点B之间的位移计算得出制停距离。

2.根据权利要求1的精确快速测量自动扶梯制停距离的方法，其特征在于，所述步骤b所述的低通滤波为频率设定为4HZ的二阶巴特沃斯低通滤波。

3.根据权利要求1所述精确快速测量自动扶梯制停距离的方法的实现装置，包括电梯性能分析仪，以及分别与该电梯性能分析仪通信连接的远程触发开关和三轴向加速度传感器；其特征在于，所述电梯性能分析仪还包括信号采集模块、信号处理模块、USB通信模块、信号计算模块以及信号显示模块；所述信号采集模块向所连接的三轴向加速度传感器采集加速度信号，并将该加速度信号传输给信号处理模块；信号处理模块将该加速度信号AD转换成数字信号发送给信号计算模块，信号计算模块将该数字信号通过低通滤波后进行X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成，同时将计算出的制停距离结果发送给信号显示模块，由该信号显示模块所连接显示器最终显示所测量的制停距离。

4.根据权利要求3的实现装置，其特征在于，X、Y、Z三轴向信号的积分与矢量合成是将三轴向加速度信号通过低通滤波，再经过积分和矢量合成得到实际运行速度与实际运行位移；所述积分采用公式为，n>1,Δt为两点间的间隔，β为积分后的值，α为积分前的值；所述X、Y、Z三轴向信号分别定义为X、Y、Z，矢量合成公式为，A为合成后的加速度或速度或位移，X为X轴滤波后的加速度或速度或位移，Y为Y轴滤波后的加速度或速度或位移，Z为Z轴滤波后的加速度或速度或位移；通过对所述三轴向加速度信号进行积分计算，一次积分得到三轴向速度信号，二次积分则得到三轴向位移信号；对所述三轴向速度信号进行矢量合成后得到实际运行速度，对三轴向位移信号进行矢量合成后得到实际运行位移。

5.根据权利要求3的实现装置，其特征在于，所述信号处理模块与信号计算模块通过USB通信模块连接。

6.根据权利要求3的实现装置，其特征在于，所述远程触发开关采用延长控制线或者红外无线远程控制的方式来实现对电梯性能分析仪的远程操控。

7.根据权利要求3的实现装置，其特征在于，采用红外无线远程控制的所述远程触发开关包括遥控发射模块、编码模块；所述电梯性能分析仪设有红外接收模块和解码模块；所述遥控发射模块将指令信号发送给编码模块，由编码模块将该指令信号由数字信号转换成红外模拟信号并发送给红外接收模块，所述红外接收模块在接收该指令信号后将其发送给解码模块，该解码模块将该指令信号由红外模拟信号转换成数字信号，发送给电梯性能分析仪，所述红外接收模块、解码模块与电梯性能分析仪依次通信连接。