CN105073618A - 电梯缆绳健康监测 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种带或绳索的故障检测方法，所述方法包括互相连接所述带或绳索的多根缆绳以形成桥接电路，所述缆绳包括多根线材。故障检测桥接电路经受励磁电压并且输出指示所述带或绳索损坏但是依然对其它环境噪声不敏感的电压。

Description

电梯缆绳健康监测

发明背景

本文公开的主题涉及例如电梯系统中使用的带或绳索。更具体地说，本公开涉及用于电梯悬停和/或驱动的带或绳索的故障检测(例如腐蚀、疲劳、磨损等)。

电梯系统利用绳索或带来沿电梯井推进电梯轿厢，所述绳索或带可操作地连接到电梯轿厢，并且在也被称为滑轮的一个或多个带轮上传送。带涂层的钢带尤其包括至少部分位于护套材料内的多根线材。所述多根线材经常被布置成一根或多根绞绳(strand)，并且绞绳随后被布置成一根或多根缆绳。在示例性带构造中，多根缆绳通常在纵向方向上等距布置在护套内。

在正常电梯操作期间，带涂层的钢带和绳索由于其服务时间内的疲劳、磨损和腐蚀而遭受各种故障，这会逐步导致灾难性的后果。需要有一个在线健康监测系统来以较低的成本发现早期预警结构性损害。普遍的铁磁绳索的实时健康监测技术是基于磁通泄漏(MFL)的检查，所述检查可提供对小绳索损坏的适当检测，但是对电梯行业来说，所述系统复杂、笨重并且昂贵。基于电阻的检查(RBI)成本较低，并且是用于钢绳加固带检查的常用方法。然而，所述方法缺乏对早期预警的敏感性以及检测绳索和带的所有常见故障模式的能力。遭受电磁干扰或“噪音”和/或热或机械变化的极低电阻多绞缆绳的动态测量相对于系统的干扰电阻和信噪比提出重大挑战。非常需要连续监测电梯来以较低成本早期预警钢丝绳索或钢带损坏的方法。

发明简述

根据本发明的一个方面，一种带或绳索的故障检测的方法包括互相连接带或绳索的多根缆绳以形成桥接电路，所述缆绳包括多根线材。桥接电路经受励磁电压并输出信号电压，所述桥接电路结构抑制环境噪声以提高所述信号电压的信噪比。监测所述信号电压以检测绳索的故障状态。

根据本发明的这个方面或其它方面，所述方法包括：将测得的电阻抗曲线与基线电阻抗曲线进行比较，以及通过比较来确定带或绳索的故障状态。

根据本发明的这个方面或其它方面，桥接电路的每个支路包括带或绳索的至少一根缆绳。

根据本发明的这个方面或其它方面，桥接电路的每个支路包括带或绳索的两根或更多根缆绳。

根据本发明的这个方面或其它方面，故障状态包括线材断裂、侵蚀和/或局部扭曲。

根据本发明的这个方面或其它方面，所述方法还包括通过可操作地连接到多根缆绳的切换机构来切换多根缆绳的互相连接。

根据本发明的这个方面或其它方面，带或绳索是带涂层的带或绳索。

根据本发明的这个方面或其它方面，桥接电路的至少一个支路是固定电阻器。

根据本发明的这个方面或其它方面，桥接电路的两个支路各自包括至少一根缆绳，并且桥接电路的两个支路各自包括固定电阻器。

根据本发明的另一方面，一种电梯系统包括电梯轿厢和一个或多个滑轮。具有多根线材的带或绳索在一个或多个滑轮上传送，并且可操作地连接到电梯轿厢，所述多根线材被布置成多根缆绳以用于支撑和/或驱动电梯轿厢。多根缆绳互相连接以形成桥接电路。

附图简述

图1是示例性电梯系统的示意图；

图2是另一个示例性电梯系统的示意图；

图3是电梯带的实施方案的横截面图；

图4是缆绳或绳索的实施方案的横截面图；

图5是电梯带故障检测单元的实施方案的示意图；以及

图6是用于电梯带故障检测的示意性电路图；

图7是电梯带故障检测单元的另一个实施方案的示意图；

图8是用于电梯带故障检测的另一个示意性电路图；

图9是电梯带故障检测单元的另一个实施方案。

图10是电梯带故障检测单元的又一个实施方案；

图11是图10的实施方案的示意性电路图；

图12是电梯带故障检测单元的另一个实施方案；

图13是图12的实施方案的示意性电路图；

图14是电梯带故障检测单元的又一个实施方案；以及

图15是图14的实施方案的示意性电路图；

详述参考附图通过实例来解释本发明，以及优点和特征。

发明详述

图1和图2是示例性牵引电梯系统10的示意图。本文中未予论述对于本发明的理解来说不需要的电梯系统10的特征(如导轨、安全设施等)。电梯系统10包括电梯轿厢12，所述电梯轿厢12利用一根或多根带16或绳索可操作地悬停或支撑在电梯井14中。一根或多根带16与一个或多个滑轮18相互作用，以被传送到电梯系统10的各个部件的周围。一根或多根带16也可被连接到配重22，所述配重22用于帮助平衡电梯系统10，并减少在操作期间牵引滑轮的两侧上的带张力的差异。应当了解，虽然本文的实施方案被描述为应用于带涂层的钢带，应当了解，本文的公开内容可类似地应用于带涂层或不带涂层的钢绳索。

滑轮18各自具有直径20，所述直径20可与电梯系统10中的其它滑轮18的直径相同或不同。滑轮18中的至少一个可为驱动滑轮。驱动滑轮由机器(未示出)驱动。由机器驱动的驱动滑轮的移动驱动、移动和/或推动(通过牵引)在驱动滑轮的周围传送的一根或多根带16。

滑轮18中的至少一个可为换向器、导向器或空转滑轮。换向器、导向器或空转滑轮不由机器驱动，但会帮助将一根或多根带16引导到电梯系统10的各种部件的周围。另外，滑轮18中的一个或多个(如换向器、导向器或空转滑轮)可具有凸形形状或沿其旋转轴的冠部，以便协助保持一根或多根带16沿着滑轮18居中或处在所需的位置。

在一些实施方案中，电梯系统10可使用两根或更多根带16来悬停和/或驱动电梯轿厢12。另外，电梯系统10可具有各种配置，使得一根或多根带16的两侧啮合一个或多个滑轮18(如图1或图2中的示例性电梯系统中所示)或一根或多根带16的仅仅一例啮合一个或多个滑轮18。

图1示出电梯系统10，在所述电梯系统10中，电梯轿厢12包括滑轮18，带16在所述滑轮18的周围传送以支撑电梯轿厢12。类似地，配重22包括滑轮18，带16在所述滑轮18的周围传送以支撑配重22。带16的每个端24a和24b终止在固定位置处，如电梯系统10的支撑物26或其它固定位置。图2示出电梯系统10的实施方案，在电梯系统10中，如在图1中，电梯轿厢12包括滑轮18，带16在所述滑轮18的周围传送以支撑电梯轿厢12。然而，在这个实施方案中，带16的第一端24a终止在支撑物26处，而带16的第二端24b终止在配重22处，并可与配重22一起移动。

图3提供带构造或设计的示意图。每根带16由护套34中的多根线材28(例如缠绕成图4示出的一根或多根绞绳30和/或缆绳32)构造。如图3中所见，带16具有大于1的纵横比(即，带宽度大于带厚度)。带16被构造成在通过一个或多个滑轮18时具有足够的柔性，以便提供低弯曲应力、满足带的寿命要求并且具有平稳操作；同时也足够坚固以便能够满足用于悬停和/或驱动电梯轿厢12的强度要求。护套34可为任何合适的材料，包括单一材料、多种材料、使用相同或不同材料的两个或更多个层，和/或薄膜。在一种布置中，护套26可为使用例如挤出或模制轮工艺来被应用于缆绳32的聚合物，如弹性体。在另一布置中，护套34可为啮合和/或集成缆绳32的织物。作为另外的布置，护套34可为呈组合形式的先前所提及的替代物中的一个或多个。

护套34可将缆绳32基本保留在其中。短语“基本保留”意味着护套34具有与缆绳32的足够啮合，以便将来自机器50的转矩通过护套34传递到缆绳32来驱动电梯轿厢12的移动。护套34可完全地包覆缆绳32(如图3所示)、基本包覆缆绳32、或至少部分包覆缆绳32。

参照图5，故障检测单元52电连接到带16的多根缆绳32。故障检测单元52连接到带16的终止部分，例如位于支撑物26处的带16的端24a和/或24b(如图1所示)。在惠斯登(Wheatstone)电桥配置中，缆绳32电连接到故障检测单元52。在一个实施方案中，如图5所示，四根缆绳32布置的每一根缆绳32a、32b、32c和32d形成惠斯登电桥的每一个支路。缆绳端32A和32B通过输入引线54连接起来，而缆绳端32C和32D通过输入引线54连接起来。缆绳32a和32b的其它端(称为32A’和32B’)通过输出引线56连接起来，而缆绳端32c和32d的端(称为32C’和32D’)也通过输出引线56连接起来。所产生的桥接电路58在图6中示出。桥接电路58的每一个支路60是允许测量支路60的复阻抗或者支路60的电阻的LCR电路。将励磁电压以交流电压或者直流电压源的形式通过输入引线54从故障检测单元52施加在桥接电路58上，并且桥接电路58通过输出引线56将信号电压输出到故障检测单元52。故障检测单元52将励磁电压与信号电压进行比较，并评估带16的电阻抗和/或电阻。所述测量是动态的，使得复阻抗或电阻的变化由检测单元52评估，并且指示带16的缆绳32中的磨损、侵蚀和线材断裂。将缆绳32配置为桥接电路58，这抑制来自电磁干扰(EMI)的噪音、沿缆绳32长度的温度变化以及沿每一根缆绳32的拉伸载荷变化。上述连接方案增加了电路58的总电阻，并减小了通过缆绳32的询问电流，因此提高信噪比。另外，因为缆绳32都在电路58中互相连接，所以所有的缆绳32被同时监测，因此减少所需测量通道的数量。

在另一个实施方案中，如图7所示，带16包括8根缆绳32，其中相邻的缆绳32布置在缆绳对64A、64B、64C和64D中。当例如在图2的电梯系统10中，带16的第一端24a被固定，而第二端24b没被固定时，利用图7的配置。在这个实施方案中，每一个缆绳对64A、64B、64C和64D的个别缆绳32由跳线66连接在第二端24b处。在第一端24a处，缆绳对64A、64B、64C和64D互相连接以形成桥接电路58。例如，如图7和图8所示，缆绳对64A连接到缆绳对64B、缆绳对64B连接到缆绳对64C、缆绳对64C连接到缆绳对64D、且缆绳对64D连接到缆绳对64A。如在图6的实施方案中，通过输入引线54和输出引线56将电压从故障检测单元52施加在桥接电路58上，所述故障检测单元52测量带16的电阻抗和/或电阻。具体地说，输出引线56处的输出电压指示缆绳对64A和64D与缆绳对64B和64C、或带16的内部缆绳32与带16的外部缆绳32相比的阻抗差异。虽然缆绳对64A、64B、64C和64D的缆绳32被示出为在护套34外部连接，但是在一些实施方案中，缆绳32在护套34内部连接。另外，虽然示出具有4根或8根缆绳32的带16的实施方案，但是应了解，在其它实施方案中，可利用具有任何数量(四根或更多根)的缆绳32的带16，其中在任何一个时间，选定缆绳32连接为桥路电路58。

在另一个实施方案中，如图9所示，缆绳32连接到包括一个或多个继电器或其它切换元件的开关阵列68。在这个实施方案中，缆绳32可选择地连接到故障检测单元52。在具有多于4根缆绳32的带16中，这允许选择缆绳32或多根缆绳32以用于评估。另外，利用单根缆绳32的选择性连接，故障检测单元52可通过例如传统的基于电阻的检查过程来评估单根缆绳32的状态。

现参照图10到图15，可使用缆绳32和固定电阻器70的组合来定义桥接电路58。如图10和图11所示，在此实施方案32c和32d中，结合两个电阻器70(例如，两个低电感电阻器70)使用两根缆绳来形成桥接电路58。输出引线56连接在缆绳32与电阻器70之间，并且故障检测单元52本质上将缆绳32c和32d的复阻抗与固定电阻器70的阻抗进行比较。固定电阻器70的阻抗是稳定的，而缆绳32c和32d的阻抗是可变的，因此更容易检测缆绳32c、32d的阻抗的变化。在一些实施方案中，电阻器70支路是低电感的，并也可利用热电偶和加热器(未示出)来匹配温度。另外，使电阻器70与在缆绳阻抗的0.5倍到10倍内的缆绳阻抗匹配。

在另一个实施方案中，如图12和图13所示，缆绳对64A和64B连接起来形成桥接电路58的两个支路，而电阻器70用于另外两个支路。此桥接电路58的行为与图10到图11中的电路的行为类似，但是具有更高的缆绳阻抗级别。另外的缆绳32可串联连接起来以形成支路64A和64B。

参照图14和图15，在一些实施方案中，缆绳32和电阻器70互相连接，使得在相对的支路处利用缆绳32形成桥接电路58，并且同样地在相对的支路处利用电阻器70，这个与其它实施方案中相邻支路处的情况相反。在这个实施方案中，缆绳32中的复阻抗的增加会使电桥在相反方向上不平衡，从而导致故障检测单元52处的可测量信号大约翻倍。因此，缆绳32中的阻抗的较小变化是可检测的。

虽然已经结合仅有限数量的实施方案来描述本发明，但应易于理解，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，可修改本发明以并入有此前未描述、但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替代、或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本发明不应被视为受前文描述的限制，而是被视为仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (21)

1.一种带或绳索的故障检测方法，其包括：

互相连接所述带或绳索的多根缆绳以形成桥接电路，所述缆绳包括多根线材；

使所述桥接电路经受励磁电压；

从所述桥接电路输出信号电压，所述桥接电路结构抑制环境噪声以提高所述信号电压的信噪比；以及

监测所述信号电压以检测所述绳索的故障状态。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括在量值和相位方面将所述信号电压与所述励磁电压进行比较，以检测所述绳索的所述故障状态。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

将测得电阻抗的曲线与基线电阻抗曲线进行比较；以及

通过所述比较来确定所述带或绳索的故障状态。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述桥接电路的每个支路包括所述带或绳索的至少一根缆绳。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述桥接电路的每个支路包括所述带或绳索的两根或更多根缆绳。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述输出电压与所述多根缆绳中的缆绳之间的阻抗差成正比。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述输出电压指示所述带的横向内部缆绳与所述带的横向外部缆绳之间的阻抗差。

8.如权利要求1所述的方法，其中故障状态包括线材断裂、侵蚀和/或局部扭曲。

9.如权利要求1所述的方法，其中大体上连续地测量所述电阻抗。

10.如权利要求1所述的方法，其还包括通过可操作地连接到所述多根缆绳的切换机构来切换所述多根缆绳的所述互相连接。

11.如权利要求1所述的方法，其中从交流电压源供应所述励磁电压。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述桥接电路的至少一个支路包括固定电阻器。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述桥接电路的两个支路各自包括至少一根缆绳，并且所述桥接电路的两个支路各自包括固定电阻器。

14.一种电梯系统，其包括：

电梯轿厢；

一个或多个滑轮；

包括多根线材的带或绳索，所述带或绳索在所述一个或多个滑轮上传送，并且可操作地连接到所述电梯轿厢，所述多根线材被布置成多根缆绳以用于支撑和/或驱动所述电梯轿厢，所述多根缆绳互相连接以形成桥接电路。

15.如权利要求14所述的电梯系统，其中所述桥接电路的每个支路包括所述带或绳索的至少一根缆绳。

16.如权利要求15所述的电梯系统，其中所述桥接电路的每个支路包括所述带或绳索的两根或更多根缆绳。

17.如权利要求14所述的电梯系统，其还包括切换元件，其可操作地连接到所述多根缆绳以改变所述多根缆绳的互相连接配置。

18.如权利要求14所述的电梯系统，其还包括可操作地连接到所述带或绳索的交流电压源。

19.如权利要求14所述的电梯系统，其中所述带或绳索是带涂层的带或绳索。

20.如权利要求14所述的电梯系统，其中所述桥接电路的至少一个支路包括固定电阻器。

21.如权利要求20所述的电梯系统，其中所述桥接电路的两个支路各自包括至少一根缆绳，并且所述桥接电路的两个支路各自包括固定电阻器。