CN103068711B - 基于电阻的监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供用于支承结构（16）的监测系统（24）。该监测系统（24）可包括耦合到该支承结构（16）的电阻电路（32）和耦合到该电阻电路（32）的接口电路（34）。该电阻电路（32）可包括第一组电阻器（40，40a-h）和第二组电阻器（42，42a-j），其中第二组电阻器（40，40a-h，42，42a-j）配置成提供参考电压。接口电路（34）可包括一个或多个比较器（46），其中每个比较器（46）配置成将跨电阻器（40，40a-h，42，42a-j）中的至少一个的电压与参考电压比较并且生成对应于该比较的输出信号。接口电路（34）可配置成基于所述输出信号连续监测支承结构（16）的有效电阻。

Description

基于电阻的监测系统和方法

技术领域

本公开一般来说涉及监测系统和方法，并且更特别地，涉及用于监测支承结构（例如在电梯系统中使用的带）的状况的系统和方法。

背景技术

例如镀层钢带或包含金属绳的钢索的可拉伸支承结构用于使电梯轿厢在电梯井或井道内移动向上和向下。因为可拉伸支承结构的状况对于电梯操作的安全性是关键的，存在确定可拉伸支承的剩余强度水平并且检测剩余强度水平是否降到最小阈值以下的需要。

可拉伸支承结构的强度可以随时间推移由电梯的正常操作而降低。支承结构的强度方面的降级的主要来源是当电梯在电梯井或井道中移动向上和向下时滑轮周围的支承结构的循环弯曲。支承结构的降级沿支承结构的长度通常是不均匀的，相反，聚集到经受高水平或严重度的弯曲循环的支承结构的区域。

支承结构中的线缆、绳或抗拉构件的例如电阻或阻抗的一些电特性将随着抗拉构件的横截面区域减小而变化。因此，基于支承结构的抗拉构件的电特性确定支承结构的剩余支承强度，这是可能的。目前存在一些监测系统，其采用基于电阻的检查方案来监测支承结构的电阻，并且从而监测其剩余强度。这样的系统建立在基于微处理器的设计之上，其利用若干模拟到数字和/或数字到模拟接口，以及用于处理数字信号的其他另外实现。这样的系统的数字性质进一步依赖采样的数据，并且从而不能提供连续监测或对检测的故障状况的立即响应。

因此，需要有更不复杂并且更成本有效的用于监测的系统和方法。备选地或另外，需要有能够提供支承结构的连续监测和对检测的故障状况立即响应的系统和方法。最后，存在对允许对其更容易且更准确校准的监测系统的备选或另外需要。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供用于支承结构的监测系统。该监测系统可包括耦合到该支承结构的电阻电路和耦合到该电阻电路的接口电路。该电阻电路可具有第一组电阻器和第二组电阻器，其中该第二组电阻器配置成提供参考电压。接口电路可包括一个或多个比较器，其中每个比较器配置成将跨电阻器中的至少一个的电压与参考电压比较并且生成对应于该比较的输出信号。接口电路可配置成基于输出信号连续监测支承结构的有效电阻。

根据本公开的另一个方面，提供用于校准基于电阻的监测系统的方法，其用于支承结构。该方法可提供耦合到该支承结构的电阻电路，其中该电阻电路包括至少部分设置成与支承结构平行的第一组电阻器和第二组电阻器。该方法可进一步生成跨该第二组电阻器的参考电压、将跨该第一组电阻器中的至少一个的电压与参考电压比较以及调节参考电压直到支承结构的有效电阻由电阻电路来大体上匹配。

根据本公开的再另一个方面，提供用于监测支承结构的方法。该方法可提供耦合到该支承结构的电阻电路，其中该电阻电路包括至少部分设置成与该支承结构平行的第一组电阻器和第二组电阻器。该方法可进一步生成跨该第二组电阻器的参考电压，其中该参考电压对应于支承结构的初始有效电阻。该方法还可将跨第一组电阻器中的至少一个的电压与参考电压比较，并且基于这些比较确定支承结构的至少一个操作状态。

在当结合附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他方面将变得更显而易见。

附图说明

图1是电梯系统的局部透视图；

图2A是可拉伸支承结构的局部透视图；

图2B是可拉伸支承机构的两个末端的局部俯视图；

图3是示范性监测系统的示意图；

图4是一个示范性组的可调电阻器的示意图；

图5是图3的监测系统可通过其操作的示范性阈值的表格图；以及

图6是用于监测电梯系统的支承结构的方法和用于校准基于电阻的检查系统的方法的图示。

尽管本公开易于受到各种修改和备选构造，其某些说明性实施例已经在图中示出并且将在下文详细描述。然而，应该理解没有意图限制于公开的特定形式，而正相反，意图是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、备选构造和等同物。

具体实施方式

本发明涉及支承结构的监测。尽管图1描述一个可能的支承结构，特别是可拉伸支承结构，即用于使电梯系统的组件悬置和/或驱动电梯系统的组件的带或索，但是本发明可以与其他支承结构一起使用。其他示范性支承结构包括如在运动器材中使用的带或加套的绳、如与吊车一起使用的加套的线缆，或在拉伸中使用的任何其他多股线或索。现在参考图1，以示意的方式示出电梯系统10。要理解在图1中示出的电梯系统10的形式仅是为了说明目的并且呈现一般电梯系统的各种组件的背景。

如在图1中示出的，电梯系统10可包括通过支承结构16耦合到配重14的轿厢12。该支承结构16可在由机器20驱动的牵引滑轮18上延伸。滑轮18与支承结构16之间的牵引可通过井道驱动轿厢12和配重14。机器20的操作可由主控制器22控制。电梯系统10可进一步包括监测系统24，其与支承结构16电通信和/或设置在接近支承结构16的位置并且配置成例如通过连续或间歇地测量其电阻而检测支承结构16的状况。

转向图2A，采用在护套涂层28中具有多个单独抗拉构件26的带的形式提供一个示范性支承结构16。抗拉构件26可包括形成股和/或绳的常规的钢丝，或具有电阻的任何其他支承性材料。护套涂层28可包括适合于促进与牵引滑轮18的牵引的一个或多个材料，例如聚亚安酯或弹性材料。护套涂层28可另外包括适合于阻止其中的电通信的电绝缘材料。图2A的支承结构16的一个或多个（包括每个）抗拉构件26的操作状况或状态可使用基于电阻的检查方案而确定，其中，例如支承结构16的一个或多个抗拉构件26的剩余寿命可根据抗拉构件26的电阻相对于基准值（例如在电梯系统10中的支承结构16的初始安装期间测量的）的增加而确定。可以对电阻的任何大幅增加连续或间歇地监测支承结构16的整个操作状况或状态。还可例如通过检测暴露的抗拉构件26与导电惰轮或牵引滑轮18之间的任何接触或电短路对护套涂层28中的任何磨损监测支承结构16。在一个可能的布置中，单独的抗拉构件26可串联连接以便最小化被监测电阻的数量并且每支承结构16提供一个有效电阻。支承结构16的有效电阻可指示或由支承结构16展现的实际电阻，或其任何倍数、分数或比例。如由图2B的示范性支承结构16的末端示出的，抗拉构件26可使用连接器30在交替和相应的末端处耦合或短接在一起以便使与一个支承结构16关联的抗拉构件26以串联的形式电连接在一起。例如监测并联的一个或多个抗拉构件26或抗拉构件26的子集的并联和串联监测的组合的其他布置也是可能的。

现在参考图3，提供用于监测电梯系统10的支承结构16的磨损状况的示范性系统24。尽管可存在其他配置，图3的监测系统24可包括电阻电路32和接口电路34，其采用基于电阻的检查方案。监测系统24可通过支承构件16的一个或多个抗拉构件26供应电信号并且监测可指示磨损或电阻的增加的电信号中的任何变化。例如，在图3的特定实施例中，电阻电路32可配置成供应跨支承结构16的直流（DC）电压并且接口电路34可配置成连续监测流过支承结构16的电流的变化。备选地，电路34可以间歇地监测流过支承结构的电流的变化。

如在图3中示出的，电阻电路32可配置成经由电压输入节点36和接地节点38供应跨支承结构16的电压以便通过此感应电流。电阻电路32可进一步提供第一组电阻器40以及第二组电阻器42，其电耦合到支承结构16并且一般采用分压器配置来布置。例如，第一组电阻器40可在输出节点44a-f处提供输出电压，其在支承结构16随着时间磨损时逐渐增加或减小，而第二组电阻器42可在输出节点44g处提供参考电压，其保持恒定直到下一个校准。通过将由第一组电阻器40提供的输出电压与由第二组电阻器42提供的参考电压比较，确定支承结构16的操作状况或状态，这可是可能的。

仍参考图3的电阻电路32，电阻器40a-e可与支承结构16并联设置而电阻器40f-g可与电阻器40a-e和支承结构16串联设置。可以相对高的电阻配置电阻器40a-e以便最小化它对流过支承结构16的电流的影响。电阻器40f-g可大体上与电阻器40h并联设置，并且进一步配置成与其电阻匹配。因此，第二组电阻器42可配置成例如在监测系统24的初始校准期间与支承结构16的有效电阻大体上匹配，以便提供基准或参考电压，输出节点44a-f处的输出电压可与之比较。在备选实施例中，电阻器电路32可使用脉宽调制（PWM）装置或用于提供可以在校准期间设置的参考电压的任何其他适合的部件在输出节点44g处提供参考电压。

如在图4中示出的，第二组电阻器42可采用多个可调电阻器42a-j，其例如具有连续增加或减小的不同电阻，所述电阻各自可由双列直插式封装（DIP）开关启用。通过使每个相继的开关-启用的电阻器42a-j启用或禁止，操作者或检查者可能够在初始校准期间紧密地接近和大体上匹配支承结构16的有效电阻。在示出的实施例中，每个相邻电阻器42a-j的电阻可按因数2来相继变化。备选地，每个可调电阻器42a-j的电阻可分别按更大或更小的因数来变化以便提供更低或更高的检测分辨率。在其他备选中，第二组电阻器42可包括更大或更少数量的开关-启用的电阻器42来改变检测的分辨率。在再另外的备选中，第二组电阻器42可采用一个或多个电位计或具有可调电阻的电阻器的任何其他组合。一旦被正确地校准，电阻电路32可被配置使得支承结构16的有效电阻并且从而其任何磨损的任何变化将导致检测的跨电阻器40a-h、42中的任何电阻器的电压或通过电阻器40a-h、42中的任何电阻器的电流的变化。可选地，开关-启用的电阻器42中的一个或多个可在校准时被暂时或永久地密封以便阻止之后的电阻的任何进一步变化。在另外的修改中，第二组电阻器42可采用一个或多个温度-依赖的电阻器43，例如电阻性热装置（RTD），或诸如此类，其具有随温度变化以便大体上匹配由温度变化引起的支承结构16的有效电阻的任何变化的电阻。另外或可选地，可向第二组电阻器42提供串联的温度-依赖的电阻器43，如例如在图3中示出的。

返回参考图3的监测系统24，接口电路34可耦合到电阻电路32的一个或多个输出节点44a-g并且采用模拟方法来连续监测支承结构16的有效电阻。更具体地，使用比较器46和发光二极管（LED）48的串联，接口电路34可配置成基于支承结构16的有效电阻的任何检测的变化在视觉上向操作者或检查者提供其对应的操作状态。支承结构16的有效电阻的变化可例如通过比较电阻电路32的一个或多个输出电压信号的幅度而确定。基于在支承结构16的有效电阻中检测的变化的程度，一个或多个预先配置的阈值可被超过，并且进一步，根据图5的表引起一个或多个LED 48发光（illuminate）和/或改变其颜色。此外，每个比较器46可直接耦合到相应的LED 48以便响应启用条件而立即使LED 48发光而不牵涉微控制器、微处理器或诸如此类。备选地，比较器46的多个输出可经由交换或多路复用连接而耦合到单个LED 48。

根据在图5中提供的配置，一个或多个比较器48可将电阻电路32的输出节点44a-f处的相应输出电压信号与例如校准的第二组电阻器42的输出节点44g处的参考电压信号比较。当支承结构16磨损时，其有效电阻可增加，并且从而，在图3的电阻器电路32中引起输出节点44a-d处的电压减小。因此，支承结构16的磨损的程度可通过测量通过其输出节点44a-c处的电压已减小的程度而确定。例如，如在图5中示出的，如果输出节点44c处的电压达到最小阈值并且降到输出节点44g处的电压之下，支承结构16可处于低磨损状态。如果输出节点44a处的电压（其相对于输出节点44c处于更高的电势）达到最小阈值并且降到输出节点44g处的电压之下，支承结构16可处于更关键的开路或高磨损状态。采用相似的方式，接口电路34还可预先配置有阈值来监测正常状态、校准状态、短接状态、寿命终止状态等中的一个或多个。

仍参考图5，一旦阈值被超过，对应的比较器46可使相应的LED 48能够发光并且向操作者或检查者指示相应的操作状态。例如，如果输出节点44b处的输出电压信号降到输出节点44g处的输出电压信号的阈值之下，对应的LED 48可采用红色来发光以指示或警告支承结构16处于寿命终止状态。接口电路34可以可选地或另外提供声响报警器50，例如蜂鸣器、振铃器或诸如此类，其进一步由关联的比较器46来启用以便呼叫对监测系统24的注意。备选地，接口电路34可进一步包括微控制器，其配置成基于输出信号管理一个或多个LED 48的发光、将警报通知传送到移动装置、在远程监测站的监测器处显示警报通知，等等。在再另外的修改中，图3的比较器46可进一步配置成向电梯系统10的控制器22提供一个或多个控制信号，以便例如响应检测的故障或在已经超过阈值时而暂时停止电梯系统10的操作。可使用离散信号、串行通信、控制器区域网络（CAN）总线或任何其他适合的通信部件来传送控制信号。备选地，接口电路34可配置成基于和/或由比较器46提供的输出信号而控制例如电梯安全链的一个或多个继电器的状态。采用这样的方式，接口电路34可将电梯系统10的操作状态传递到例如电梯系统10的控制器22。

现在转向图6，提供图示用于监测电梯系统10的支承结构16的示范性方法以及用于校准监测系统24的方法的流程图。作为初始步骤，两个方法都可提供具有耦合到支承结构16的第一组电阻器40和第二组电阻器42的电阻电路32。在一可选步骤中，还可提供接口电路34，其具有用于比较跨相应电阻器40、44的电压的多个比较器46。如果需要校准，例如如果新近安装支承结构16，如果支承结构16近来已经被更换或诸如此类，则可确定另外的步骤。如果需要校准，跨第一组电阻器40的一个或多个电压可与跨第二组电阻器42的电压比较以便确定通过其支承结构16的电负载或有效电阻与第二组电阻器42的电阻匹配的程度。例如，关于图5的布置，输出节点44e-d处的输出电压信号中的每个可与输出节点44g处的参考电压信号比较。如果输出节点44g处的参考电压信号大于输出节点44d处的输出电压信号或小于输出节点44e处的输出电压信号，可使一个或多个LED 48发光以指示需要调节第二组电阻器42。例如，如果输出节点44g处的电压大于输出节点44d处的电压，对应于图5中的第三阈值的第一LED 48可采用绿色来发光，而对应于图5中的第四阈值的第二LED 48可完全关闭或采用不同的颜色来发光。备选地，如果输出节点44g处的电压小于输出节点44e处的电压，第一LED 48可完全关闭或采用不同的颜色来发光，而第二LED 48采用绿色来发光。如果第二组电阻器42的电阻与支承结构16的有效电阻充分匹配，并且如果输出节点44g处的电压测量为在输出节点44d-e处的电压的上限和下限之间，相应地，第一和第二LED 48都可采用绿色来发光以便指示成功的校准。采用这样的方式，第二组电阻器42的电阻可能够实现第二组电阻器42的增量调节直到第一和第二LED 48都采用绿色来发光并且指示匹配支承结构16的有效电阻。

一旦完成校准，或如果不需要校准，图6中用于监测支承结构的方法还可包括将跨第一组电阻器40的一个或多个电压与跨第二组电阻器42的电压比较的步骤。这以便确定通过其支承结构16的有效电阻已经偏离在校准期间由第二组电阻器42初始匹配的电阻的程度。例如，参考图5的布置，输出节点44a-f处的输出电压信号中的每个可与输出节点44g处的参考电压信号比较。根据如在图5中提供的相应阈值，如果输出节点44a-f处的电压中的任何电压上升到参考电压信号之上或降到参考电压信号之下，可使一个或多个LED 48发光以指示对应于超过阈值的支承结构16的操作状态。例如，如果输出节点44f处的电压大于输出节点44g处的电压，或当支承结构16的一个或多个抗拉构件26互相不正确地接触时，则对应于图5的第一阈值的一个或多个LED 48可采用红色来发光以指示短接状态。因此，支承结构16的即时磨损状况或操作状态可基于由发光的LED 48提供的连续反馈而确定。

基于前述，可以看出本公开可提供用于以最小复杂性和更成本有效的实现来监测电梯系统的支承结构的系统和方法。本公开还可提供支承结构的连续监测并且能够实现对检测的故障状况的即时响应。此外，本公开提供允许对其更容易且更准确的校准的系统和方法。

尽管已经阐述仅仅某些实施例，从上文描述对于本领域内技术人员备选和修改将是明显的。这些和其他备选考虑为等同物并且在本公开的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种用于支承结构（16）的监测系统（24），包括：

耦合到所述支承结构（16）的电阻电路（32），所述电阻电路（32）具有第一组电阻器（40，40a-h）和第二组电阻器（42，42a-j），所述第二组电阻器（42，42a-j）配置成提供参考电压；和

接口电路（34），其耦合到所述电阻电路（32）并且具有一个或多个比较器（46），每个比较器（46）配置成将跨所述第一组电阻器（40，40a-h）中的至少一个的电压与所述参考电压比较并且生成对应于所述比较的输出信号，所述接口电路（34）配置成基于所述输出信号监测所述支承结构（16）的有效电阻。

2.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述接口电路（34）配置成基于所述输出信号连续或间歇地监测所述支承结构（16）的有效电阻。

3.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述第二组电阻器（42，42a-j）中的至少一个是可调的以便在校准期间接近所述支承结构（16）的有效电阻。

4.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述第二组电阻器（42，42a-j）中的多个是可调的并且串联配置使得每个电阻器（42，42a-j）的最大电阻相继减小。

5.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述第二组电阻器（42，42a-j）中的每个的电阻不同并且经由双列直插式封装（DIP）开关来启用。

6.如权利要求5所述的监测系统（24），其中所述DIP开关可在校准时被密封。

7.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述接口电路（34）配置成基于所述输出信号控制继电器。

8.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述第一组电阻器（40，40a-h）相对于彼此串联连接但相对于所述支承结构（16）并联连接。

9.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述电阻电路（32）进一步包括至少一个温度-依赖的电阻器（43），其具有取决于温度的可变电阻。

10.如权利要求1所述的监测系统（24），其中所述接口电路（34）包括一个或多个发光二极管（LED）（48），其配置成接收所述输出信号并且基于所述输出信号指示所述支承结构（16）的一个或多个操作状态。

11.如权利要求10所述的监测系统（24），其中每个操作状态指示所述支承结构（16）处于短接状态、正常状态、低磨损状态、高磨损状态、寿命终止状态和开路状态中的至少一个。

12.一种用于校准基于电阻的监测系统（24）的方法，其用于支承结构（16），所述方法包括以下步骤：

提供耦合到所述支承结构（16）的电阻电路（32），所述电阻电路（32）具有至少部分设置成与所述支承结构（16）平行的第一组电阻器（40，40a-h）和第二组电阻器（42，42a-j）；

生成跨所述第二组电阻器（42，42a-j）的参考电压；

将跨所述第一组电阻器（40，40a-h）中的至少一个的电压与所述参考电压比较；以及

调节所述参考电压直到所述支承结构（16）的有效电阻由所述电阻电路（32）大体上匹配。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供耦合到所述电阻电路（32）的一个或多个比较器（46），每个比较器（46）配置成将跨所述第一组电阻器（40，40a-h）中的至少一个的电压与所述参考电压比较并且生成对应于所述比较的输出信号；以及

调节所述第二组电阻器（42，42a-j）的电阻直到所述输出信号指示所述支承结构（16）的有效电阻由所述电阻电路（32）大体上匹配。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供耦合到所述比较器（46）的一个或多个发光二极管（LED）（48），每个LED（48）配置成接收所述输出信号并且基于所述比较来发光；以及

调节所述第二组电阻器（42，42a-j）的电阻直到所述LED（48）的发光指示所述支承结构（16）的有效电阻由所述电阻电路（32）来大体上匹配。

15.如权利要求12所述的方法，其中经由双列直插式封装（DIP）开关而启用的所述第二组电阻器（42，42a-j）中的每个串联连接并且配置有不同的最大电阻，每个DIP开关被相继启用或禁止直到大体上匹配所述支承结构（16）的有效电阻。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括一旦大体上匹配所述支承结构（16）的有效电阻则密封所述第二组电阻器（42，42a-j）的步骤。

17.一种用于监测支承结构（16）的方法，包括以下步骤：

提供耦合到所述支承结构（16）的电阻电路（32），所述电阻电路（32）具有至少部分设置成与所述支承结构（16）平行的第一组电阻器（40，40a-h）和第二组电阻器（42，42a-j）；

生成跨所述第二组电阻器（42，42a-j）的参考电压，所述参考电压对应于所述支承结构（16）的初始有效电阻；

将跨所述第一组电阻器（40，40a-h）中的至少一个的电压与所述参考电压比较；以及

基于所述比较确定所述支承结构（16）的至少一个操作状态。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供耦合到所述电阻电路（32）的一个或多个比较器（46），每个比较器（46）配置成将跨所述第一组电阻器（40，40a-h）中的至少一个的电压与所述参考电压比较并且生成对应于所述比较的输出信号；

提供耦合到所述比较器（46）的一个或多个发光二极管（LED）（48），每个LED（48）配置成接收所述输出信号并且基于所述比较来发光；以及

基于所述LED（48）的发光确定所述支承结构（16）的至少一个操作状态。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述第二组电阻器（40，42a-j）中的每个的电阻是可调的并且经由双列直插式封装（DIP）开关来启用。

20.如权利要求17所述的方法，其中每个操作状态指示所述支承结构（16）处于短接状态、正常状态、低磨损状态、高磨损状态、寿命终止状态和开路状态中的至少一个。