CN111606163B - 绳索振动量检测装置 - Google Patents

Abstract

提供相比于现有技术，能够检测更接近实际的振动量(最大振幅)的绳索振动量检测装置。通过式一：

算出最大振幅A_max。在式一中，A_mea为通过振幅检测单元检测到的、悬挂轿厢26的主绳索部分24A及从轿厢26下垂的平衡绳索部分32A的其中一种的从绳索部分的下端到上端之间的一处位置的振幅，z为从所述下端到所述一处位置的距离、L为所述绳索部分的全长、n为横振动的所述绳索部分的振动阶次，1、2及3的其中一个值。f(z，L)为函数，其中，在选用z为横轴、选用f(z，L)为纵轴的坐标上，当z＝0及z＝L时，f(z，L)＝0；当0＜z＜L时，f(z，L)＞0；当f(z，L)朝上凸并且z＝L/2时，f(z，L)为极大值，L越大，f(z，L)值越大。

Description

绳索振动量检测装置

技术领域

本发明涉及绳索振动量检测装置，尤其涉及对作为电梯的构成要素的主绳索或者平衡绳索的振动量进行检测的绳索振动量检测装置。

背景技术

近年来，随着建筑物的高层化的发展，在绳式电梯中，伴随着地震或者强风引起的建筑物的摇摆产生的绳索等的振动成了问题。

设置在高层建筑物的绳式电梯，多数是这样的结构：在轿厢的井道最上部的上面，设置有机房，驱动轿厢的卷扬机设置在该机房内。构成卷扬机的绳轮上悬挂着主绳索，主绳索的一端连结轿厢，另一端连结对重，轿厢和对重分别通过主绳索悬挂着。另外，最下端被平衡轮限制的平衡绳索下垂于轿厢和对重之间。

并且，由电动机驱动所述绳轮正转或者反转，轿厢被竖直方向铺设的一对轿厢用导轨所引导，从而实现升降。

在这种的结构的电梯中，例如，建筑物因长周期地震运动摇摆时，从建筑物的最上部悬挂轿厢的主绳索或者从轿厢下垂的平衡绳索(以下，在本栏及“发明所要解决的课题”栏中，统称主绳索和平衡绳索，仅称为“绳索”。)几乎与建筑物的摇摆同向地，沿水平方向振动(以下，将此水平方向的振动称为“横振动”)。

过去，根据通过设置在建筑物上的长周期振动感应器所感应到的该建筑物的摇晃的大小，推定横振动的振动量，根据该振动量，实施电梯的管制运行、使电梯暂时停止运行等。然而，根据建筑物的摇摆的大小能够掌握的振动量，由于仅是推定的，实际上，会存在振动量的程度不足以使电梯暂时停止而电梯停止了的情况。这种情况下，由于不必要地停止了电梯的运行，导致了对使用者的服务的降低。

对此，在专利文献1公开了通过照相机拍摄实际的绳索，根据拍摄图像检测横振动的波腹的技术(专利文献1的段落[0026]、图1、说明书摘要等)。

在专利文献1中，通过设置在井道10的上部的顶部照相机51、51，拍摄从卷扬机2悬挂的绳索5。根据拍摄到的绳索图像和拍摄位置的绳索5的基准形状的差异，计算出该拍摄位置(井道10上部)的绳索5的振幅(顶部绳索振幅)。

顶部绳索的振幅，与横振动的波节接近，并非横振动的波腹的振幅。因此，在专利文献1中，根据顶部绳索振幅，计算出与根据轿厢3的升降位置而不同的绳索5的长度对应的、横振动的波腹的振幅(波腹振幅)。

具体地，记载了“将绳索5的振动形状作为弦的一阶振动模式，

(1)决定绳索上端附近(一个节点1附近)的位移(由拍摄图像的处理获得)；

(2)根据轿厢的位置(对应绳索下端)，决定另一个节点2的位置；

(3)根据节点1(机房绳轮)-节点2(轿厢上)的距离(绳索长度)及绳索上端附近的所述位移，并基于一阶模式形状，计算振幅的波腹处的振幅(波腹振幅)”。(段落[0026]、图1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2009-166939号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，本申请的发明者所研究的结果，证实了实际所产生的绳索的振动形状，与将绳索的振动形状作为弦的一阶振动模式的一阶模式形状相比，会有变形。因此，在专利文献1中，虽然所述顶部绳索振幅是实际检测到的振幅，但是，由于以根据该顶部绳索振幅计算所述波腹振幅为基础的所述一阶模式形状，和实际的绳索振动形状不同，因此，在专利文献1中，所得到的该波腹振幅，和实际的波腹振幅相比，产生了不少差异。

本发明鉴于上述课题，目的是提供相比于专利文献1记载的技术，能够检测更接近实际的振动量(最大振幅)的绳索振动量检测装置。

解决课题的手段

为了解决上述的课题，本发明的绳索振动量检测装置是：在轿厢和对重通过主绳索吊桶式地悬挂，并且在所述轿厢和所述对重之间，垂下有最下端卷绕在平衡轮上的平衡绳索，所述轿厢和所述对重在所述井道内相反朝向地升降的结构的电梯上使用的绳索振动量检测装置，其特征在于，具有：振幅检测单元，其检测悬挂所述轿厢的主绳索部分及从所述轿厢下垂的平衡绳索部分的任意一者从绳索部分的下端到上端之间的一处位置的振幅A_mea；最大振幅算出单元，其根据所述振幅检测单元检测到的振幅，算出所述绳索部分的最大振幅A_max；所述最大振幅算出单元将从所述下端到所述一处位置的距离z、所述绳索部分的全长L及由所述振幅检测单元检测到的振幅A_mea代入到式一，算出最大振幅A_max；

其中，式一为：

在(式一)中，n为横振动的所述绳索部分的振动阶次，为1、2及3的其中一个值；f(z，L)为函数，在选取z为横轴、选取f(z，L)为纵轴的坐标上，当z＝0及z＝L时，f(z，L)＝0；当0＜z＜L时，f(z，L)＞0；当f(z，L)朝上凸并且z＝L/2时，f(z，L)为极大值，并且L越大，其值越大。

另外，其特征在于，具有：振动阶次推定单元，其推定横振动的所述绳索部分的所述振动阶次；该振动阶次推定单元一方面算出所述横振动的振动频率f_m，另一方面通过式二算出假设所述绳索部分为一阶振动(n＝1)、二阶振动(n＝2)、三阶振动(n＝3)的情况下的振动频率f₁、f₂、f₃；并将算出的振动频率f₁、f₂、f₃当中、与最近似所述振动频率f_m的振动频率对应的振动阶次推定为所述绳索部分的振动阶次；所述最大振幅算出单元，将所述振动阶次推定单元所推定的振动阶次n代入式一；

其中，式二为：

在式二中，S为所述绳索部分的张力，ρ为所述绳索部分的线密度。

进一步地，其特征在于，所述f(z，L)被调整为振动阶次n越小其值越大，振动阶次n越大其值越小。

另外，其特征在于，所述f(z，L)通过式三表示；

其中，式三为：

所述a_n(L)是与L成比例，并取大的值的函数。

这种情况下，其特征在于，式三的所述a_n(L)通过式四表示。

其中，式四为：

a_n(L)＝α_n·L+β_n；

式四的系数α_n和常数β_n为根据所述绳索部分的横振动的动作的结构分析软件所得到的分析结果所求得的值。

另外，其特征在于，所述系数α_n和所述常数β_n为按照以下方式所求出的值：(Ⅰ)对多种不同的全长L的每一种，通过所述结构分析软件获得所述绳索部分的绳索振动形状；(Ⅱ)对多种不同的全长L的每一种，决定与通过式五确定的振动波形对应的所述绳索振动形状最近似的a_n(L)的值，其中，式五为：

(Ⅲ)通过最小二乘法，将由各所述全长L、和与各所述全长L对应的a_n(L)的值组成的多组关系，作为以L的一次函数表示a_n(L)时的L的系数和常数。

发明的效果

现有的上述的“一阶模式形状”，即：根据以正弦函数sin{(z/L)π}定义的sin波形状算出最大振幅(波腹振幅)，而根据本发明的绳索振动量检测装置如后所述，由于根据与实际产生的绳索的振动形状接近的上述式一算出最大振幅，因此相比于现有技术，能够检测与实际更接近的振动量(最大振幅)。

附图说明

图1是表示具有本实施方式的绳索振动量检测装置的电梯的概略结构的图。

图2是表示上述电梯的各种绳索的挂住方式(绕绳)的一种实施例的图。

图3是用于说明构成主绳索群的多根主绳索的排列的一种实施例的概念图。

图4是表示在上述绳索振动量检测装置的构成要素的测距传感器的上部旁边剖开的井道内的俯视图，表示轿厢停止在所述测距传感器的下面的状态的图。

图5是表示在上述绳索振动量检测装置的构成要素的测距传感器的上部旁边剖开的井道内的俯视图，表示轿厢停止在所述测距传感器的上面的状态的图。

图6(a)是控制回路单元的功能模块图，(b)是绳索振动量检测部的详细的功能模块图。

图7(a)是将在图4表示的状态下、通过上述测距传感器的一次扫描所检测到的物体的坐标标出的图，(b)是表示通过上述控制回路单元的多余坐标排除部，将多余坐标从(a)表示的坐标中排除后的结果的图。

图8是表示对在图7(b)所示的、与轿厢侧主绳索对应的坐标数据群的中心坐标进行预设时间的监控结果(在该预设时间中持续多次的扫描结果)的图，(a)表示所述中心坐标位移成直线的情况，(b)表示所述中心坐标位移成椭圆状的情况。

图9是表示根据轿厢的升降位置而变化的测距传感器的扫描对象的图，(a)表示轿厢位于测距传感器的下面，扫描对象为主绳索部分的图，(b)是表示轿厢位于测距传感器的上面，扫描对象为平衡绳索部分的图。

图10是用于说明与本说明书中的横振动有关的词语的定义的图。

图11是表示sin波形和使用通用的机构分析软件分析的横振动的振动波形的一种示例的图，其中，使用点划线表示所述sin波形，使用实线表示所述振动波形。

图12是在基于上述sin波形表示所述振动波形的公式中，表示与所述sin波形对应的所述振动波形的相位差的函数f(z，L)的一种示例的坐标图。

符号的说明

46、控制回路单元；48、测距传感器；52、绳索振动量检测部；5210、振幅算出部；

5214、最大振幅算出部；5216、运算式存储部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的绳索振动量检测装置的实施方式进行说明。另外，在各图中，构成要素间的尺寸，并不一定统一。

图1是从乘梯处(未图示)侧观察到的井道12内的主视图，井道12内容纳着具有本实施方式的绳索振动量检测装置的构成要素的测距传感器48(在图1中，未出现测距传感器48。)的电梯10，图2是电梯10的右视图。

如图1、图2所示，电梯10是采用牵引式作为驱动方式的缆式电梯。在比井道12的最上部更上面的建筑物14的部分内设置有机房16。机房16内设置有卷扬机18和偏导轮20。构成卷扬机18的绳轮22和偏导轮20上，卷绕有多根主绳索。将此多根主绳索称为“主绳索群24”(另外，在图1中并不记载主绳索群24的准确的根数。)。

主绳索群24的一端部与轿厢26连结，另一端部与对重28连结，轿厢26和对重28通过主绳索群24而吊桶式地悬挂。

轿厢26和对重28之间，垂下有最下端卷绕在平衡轮30上的多根平衡绳索。此多根平衡绳索称为“平衡绳索群32”。在本实施例中，构成主绳索群24的主绳索的根数和构成平衡绳索群32的平衡绳索的根数相同(例如在本实施例中为八根)。主绳索和平衡绳索的直径一般为10mm-20mm。此外，构成主绳索群24的主绳索的根数和构成平衡绳索群32的根数不限于上述的根数，可以根据电梯的规格而任意地选择。

移动电缆34从轿厢26的下端部开始下垂，移动电缆34与轿厢26相反的一侧的端部，与线缆连接箱(未图示)连接，线缆连接箱设置在井道12的上下方向的中途的侧壁上。即：移动线缆34在轿厢26的下端部和所述线缆连接箱之间，呈细长U字状地悬挂。移动线缆34是在轿厢26和后述的控制面板44之间传输电力、信号的线缆，跟随轿厢26的动作而升降。移动线缆34一般使用扁平线缆，例如，其厚度大概为15mm、宽度大概为100mm。

井道12内，在上下方向铺设有一对轿厢用导轨36、38和一对对重用导轨40、42(均未在图1、图2中图示，参照图4、图5)。

在具有上述结构的电梯10中，绳轮22通过未图示的卷扬机马达正转或者反转时，卷绕在绳轮22上的主绳索群24行走，通过主绳索群24悬挂的轿厢26和对重28相互朝向相反的方向地升降。另外，伴随于此，在轿厢26和对重28之间下垂的平衡绳索群32，在平衡轮30上折回行走。进一步地，随着轿厢26的升降，呈U字状悬挂的移动线缆34的下端部(折回部)也在上下方向位移。

机房16内设置有电源单元(未图示)及控制面板44，电源单元向设置在卷扬机18或者轿厢26的各种装置(未图示)提供电力，控制面板44具有控制这些装置的控制回路单元46(图6)。

控制回路单元46具有将ROM、RAM连接到CPU的结构(均未图示)。所述CPU通过运行储存在所述ROM的各种控制程序，集中控制卷扬机18等，一方面实现轿厢平稳的升降动作等的正常运行，另一方面在地震等发生时为了确保乘客的安全而实现管制运行。

在此，如图2所示，在主绳索群24中，将悬挂轿厢26的部分称作轿厢侧主绳索部分24A，将悬挂对重28的部分称作对重侧主绳索部分24B。另外，在平衡绳索群32中，将从轿厢26下垂的部分(轿厢26和平衡轮30之间的平衡绳索群32部分)称作轿厢侧平衡轮部分32A，将从对重28下垂的部分(对重28和平衡轮30之间的平衡绳索群32部分)称作对重侧平衡绳索部分32B。根据上述的定义，占据在主绳索群24的轿厢侧主绳索部分24A和对重侧主绳索部分24B的长度(范围)，及占据在平衡绳索群32的轿厢侧平衡绳索部分32A和对重侧平衡绳索32B的长度(范围)，会根据轿厢26及对重28的升降位置而伸缩(变动)。

参照附图3，对构成主绳索群24的多根(在本实施例中为八根)的主绳索M1-M8的排列进行说明。图3是表示绳轮22和轿厢26之间的主绳索群24的部分，即轿厢侧主绳索部分24A的概念图。

图3(a)的上图是从正面观察绳轮22及轿厢侧主绳索部分24A的一部分所得到的图，图3(a)的下图是从上面观察轿厢26得到的图。图3(a)的下图是表示位于构成主绳索群24的主绳索M1-M8的相对轿厢26的主视图方向的连结位置和主绳索群M1-M8的对应关系的图。图3(b)是从右视方向观察到的绳轮22、轿厢侧主绳索部分24A及轿厢26的一部分的图。

八根主绳索M1-M8按照如图3(a)的上图所示的顺序，在水平方向(绳轮22的轴心方向)等间隔地卷绕在绳轮22上。主绳索M1-M8的下端部如图3(a)的下图所示，以第奇数根的主绳索M1、M3、M5、M7和第偶数根的主绳索M2、M4、M6、M8分成两列并连结到轿厢26。

如此分成两列的原因是，以一列连结的话，由于使主绳索M1-M8端部连结到轿厢26的紧固金属件(绳头杆)的大小(外径)的影响，其比位于绳轮22的主绳索M1-M8的间隔大，会妨碍到有效地利用轿厢26上部的有限的空间。

位于连结轿厢26的连结位置的主绳索M1、M3、M5、M7的间隔为等间隔，主绳索M2、M4、M6、M8的间隔也为等间隔，主绳索M1-M8的水平方向的间隔也为等间隔。由此，从绳轮22到轿厢26的主绳索群24部分(轿厢侧主绳索部分24A)的主绳索M1、M3、M5、M7，主绳索M2、M4、M6、M8，及主绳索M1-M8的水平方向的间隔，在上下所有的位置均为等间隔。

此外，对重侧主绳索部分24B的主绳索M1-M8的排列的方式，和上述的轿厢侧主绳索部分24A基本相同(图5)。另外，关于构成平衡绳索群32的多根(本实施例中为八根)的平衡绳索C1-C8，只是其折返位置为绳轮22或者平衡轮30的不同(即只是上下方向相反)，轿厢侧平衡绳轮部分32A、对重侧平衡绳轮部分32B的多根绳索的排列，分别如图5、图4所示，基本上，分别与轿厢侧主绳索部分24A、对重侧主绳索部分24B是相同的。

设置有具有上述结构的电梯10的建筑物14由于长周期地震或者强风而摇摆时，主绳索群24或者平衡绳索群32，和建筑物14几乎同向地横振动。这种情况下，为了实现与横振动的程度相对应的管制运行，设置了用于检测横振动的振幅的程度的绳索振动量检测装置。

作为该绳索振动量检测装置的构成要素的测距传感器48，如图2所示，设置在井道12的侧壁上。测距传感器48设置在井道12的上下方向的中间位置。

在此，井道12如图4所示，在本实施例中，为通过四个侧壁50所包围的空间，在需要对此四处侧壁50进行区分的情况下，赋予符号“50”字母A、B、C、D。测距传感器48设置在乘梯口(未图示)侧的侧壁50A上。另外，测距传感器48如图2、图4、图5所示，设置在轿厢26及对重28的井道外。

测距传感器48测量存在于包含其设置位置的水平面的井道12内的物体(通常为多种)从该设置位置开始的方向和距离，并将该方向和距离作为二维位置数据输出。所述二维位置数据为极坐标形式。所述水平面也称作“扫描面”。

测距传感器48例如是公知的二维测距传感器(Laser Range Scanner)，其以预设角度间隔(例如0.125度)发射激光并扇形地扫描所述水平面，测量发射的激光每次到达物体的往返的时间，通过换算成距离的光飞行时间测距法(Time of Flight)，测量从测距传感器48的设置位置到物体的距离。每扫描一次的时间(扫描时间)例如为25msec，每秒的扫描次数为40次。测距传感器48的扫描角度α如图4、图5所示，为接近180度的大小，其扫描范围为井道12在包含测距传感器48的设置位置的水平面的几乎全部区域。

轿厢26位于测距传感器48的下面时(图2)，如图4所示，轿厢侧主绳索部分24A为检测对象，轿厢26位于测距传感器48的上面时，如图5所示，轿厢侧平衡绳索部分32A为检测对象(也参照图9(a)、图9(b))。

在此，关于轿厢侧主绳索部分24A及轿厢侧平衡绳索部分32A的横振动，参照图9、图10来定义。

图9(a)表示轿厢26位于测距传感器48的下面的位置，轿厢侧主绳索部分24A为检测对象的状态。图9(b)表示轿厢26位于测距传感器48的上面的位置，轿厢侧平衡绳索部分32A为检测对象的状态。图10是用于说明与本说明书中的横振动有关的定义的图。在统称轿厢侧主绳索部分24A和轿厢侧平衡绳索部分32A两者的情况下，将其简称为“绳索部分”。

如图9所示，将绳索部分的全长设为L(m)。L如果是轿厢侧主绳索部分24A，则是从与轿厢26连结的连结部到绳轮22之间的距离(图9(a))，L如果是轿厢侧平衡绳索部分32A，则是从平衡轮30到与轿厢26连结的连结部之间的距离(图9(b))。全长L如上所述，虽然根据轿厢26的升降位置而变化，但是能够根据该升降位置确定。

将井道12的上下方向的从绳索部分的下端到测距传感器48之间的距离设为z(m)。z如果是轿厢侧主绳索部分24A，则是从主绳索群24和轿厢26连结的连结部到测距传感器48的扫描面之间的距离，z虽然根据轿厢26的升降位置而变化，但是能够根据该升降位置确定。z如果是轿厢侧平衡绳索部分32A，则是从平衡轮30到测距传感器48的扫描面之间的距离，当轿厢26位于测距传感器48的上面时，即：当检测对象为轿厢侧平衡绳索部分32A时，z为固定的距离。

如图10所示，将绳索部分(24A、32A)的横振动在所述扫描面的振幅设为A_mea(m)。A_mea为如后述的根据测距传感器48的检测结果获得的振幅。将横振动的波腹的振幅设为最大振幅A_max(m)。将振幅的一半，即：横振动从以点划线表示的中心到振动的一侧的位移量设为半振幅。

接下来，对检测由于长周期地震或者强风而横振动的轿厢侧主绳索部分24A及轿厢侧平衡绳索部分32A的振幅A_mea的方法，及根据振幅A_mea算出最大振幅A_max的方法进行说明。这些方法，由于在轿厢侧主绳索部分24A和轿厢侧平衡绳索部分32A上是通用的，因此以轿厢侧主绳索部分24A为代表进行说明，对于轿厢侧平衡绳索部分32A，只根据需要提及。

从测距传感器48输出的所述二维位置数据，被输入到控制回路单元46在图6(a)所示的绳索振动量检测部52。控制回路单元46除了包含绳索振动量检测部52之外，还包含运行控制部54。运行控制部54如上所述，控制各种装置，并实现所述正常运行或者所述管制运行。

极坐标形式的二维位置数据，通过绳索振动量检测部52在图6(b)所示的坐标转换部5202，转换为在所述水平面(扫描面)上所选取的坐标平面的正交坐标(xy正交坐标)。

该正交坐标例如为如图7(a)、图7(b)所示的以测距传感器48(图7未图示)的设置位置为原点的xy正交坐标。

在图7(a)中，在轿厢侧主绳索部分24A及对重侧平衡绳索部分32B进入测距传感器48的扫描范围内的状态(图4所示状态)下，将通过一次扫描所检测到的物体的坐标(以下称为“坐标数据”)在图中标出。

在图7(a)中，与标出的坐标相对应的物体的符号也附加了括号来表示(图7(b)也一样)。

如根据上述的测距传感器48的检测原理所能理解的，在第一物体被检测到的情况下，从测距传感器48观察，隐藏在第一物体的背后的第二物体(或者其一部分)检测不到。例如，侧壁50B的一部分检测不到是因为该一部分从测距传感器48观察时隐藏到导轨36的背后了，平衡绳索C1-C8检测不到是因为平衡绳索C1-C8隐藏到主绳索M1-M8的背后了。

在本实施例中，标记在图7(a)的坐标数据之中、需要的坐标数据，是与轿厢侧主绳索部分24A相关的主绳索M1-M8的坐标数据，其他的物体的坐标数据，是会妨碍该主绳索M1-M8的确定的坐标数据。此外，在轿厢26位于测距传感器48的上面的情况下，与轿厢侧平衡绳索部分32A相关的平衡绳索C1-C8为测距传感器54所需要的检测对象(图5)。

在此，考虑到轿厢侧主绳索部分24A及轿厢侧平衡绳索部分32A可能产生的横摆动的假想范围，在测距传感器48的扫描面(水平面)上，预先设定好假想仅存在轿厢侧主绳索部分24A及轿厢侧平衡绳索部分32A的假想坐标区域R1(在图7中，通过点划线所围起来的区域)。在本实施例中，假想坐标区域R1如图7(a)所示，通过四点P1-P4的坐标(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)(X4、Y4)界定。此P1-P4的所述坐标的一组，“作为R1界定信息”，存储在绳索摆动量检测部52的假想坐标区域存储部5206(图6(b))中。

如上所述，从测距传感器48输出的二维位置数据，被输入到坐标转换部5202，在坐标转换部5202中从极坐标转换为正交坐标。转换后的坐标(坐标数据)，从坐标转换部5202被输出，并被输入到多余坐标排除部5204。

多余坐标排除部5204参考存储在假想坐标区域存储部5206的所述R1界定信息，仅将坐标转换部5202输出的物体的坐标数据当中属于假想坐标区域R1内的坐标数据输出，输出的该坐标数据被输入到中心坐标检测部5208。换言之，多余坐标排除部5204将坐标转换部5202输出的物体的坐标数据当中属于假想坐标区域R1之外的坐标数据排除后再输出，输出的该坐标数据被输入到中心坐标检测部5208。

图7(b)是将被输入到中心坐标检测部5208的所述坐标数据在所述正交坐标上标出的图。如图7(b)所示，被输入到中心坐标检测部5208的坐标数据是存在于假想坐标区域R1内的物体，即仅针对主绳索M1-M8。由于存在于假想坐标区域R1内的坐标数据通常为多个，因此将这些坐标数据称为“坐标数据群”。

中心坐标检测部5208检测所述坐标数据群的中心坐标D1。中心坐标D1作为构成该坐标数据群的多个坐标数据的算术平均数而检测。中心坐标D1是轿厢侧主绳索部分24A(轿厢侧平衡绳索部分32A)在所述坐标平面上的中心坐标。

中心坐标检测部5208将检测到的中心坐标D1输出到振幅算出部5210和振动阶次推定部5212。

振幅算出部5210根据由中心坐标检测部5208输出的中心坐标D1，算出轿厢侧主绳索部分24A的振幅。

在此，尽管由于伴随着长周期地震或者强风所导致的建筑物14的摇晃，而导致轿厢侧主绳索部分24A横振动时，构成轿厢侧主绳索部分24A的主绳索M1-M8分别独立地横振动，但是在无障碍物的情况下，基本上以相同的动作横振动。即保持图4所示的排列而横振动。

因此，如果算出轿厢侧主绳索部分24A的中心坐标D1的振幅，也就分别算出了主绳索M1-M8的振幅。因此，振幅算出部5210根据中心坐标D1的位移，算出轿厢侧主绳索部分24A整体在扫描面(水平面)上的振幅。

振幅算出部5210在测距传感器48每一次扫描后，对从中心坐标检测部5208输入的中心坐标D1，进行预设时间(经过多次扫描)的监控。该预设时间例如为假想的横振动的最大周期(例如10秒)。此预设时间以下称为“观测时间”。

图8表示一次监控的结果。一次监控的多个中心坐标D1，或者如图8(a)所示，直线地排成列(以下，将此列称为“坐标列”。)；或者如图8(b)所示，形成椭圆状的轨迹。振幅算出部5210将位于所述坐标列的两端的坐标(Xel，Yel)、(Xe2、Ye2)，或者所述椭圆形的长轴(未图示)的端部附近的坐标(Xel，Yel)、(Xe2、Ye2)抽出，计算此两点间的距离A_mea。A_mea视为在一次监控的观测时间中所产生的最大振幅A_mea。

另一方面，振动阶次推定部5212，推定轿厢侧主绳索部分24A的横振动的振动阶次。在此，将横振动的波腹为一个的振动作为一阶振动，波腹为两个的振动作为二阶振动，波腹为三个的振动作为三阶振动……波腹为n个的振动作为n阶振动，将“n(正整数)”作为振动阶次。

振幅算出部5212也在测距传感器48的每一次扫描后，对从中心坐标检测部5208输入的中心坐标D1，进行所述观察时间(经过多次扫描)的监控。并且，根据从中心坐标(Xe1、Yel)到中心坐标(Xe2、Ye2)的中心坐标的个数，或者从中心坐标(Xe2、Ye2)到中心坐标(Xe1、Yel)的中心坐标的个数，及测距传感器48的扫描的时间间隔，求出轿厢侧主绳索部分24A的横振动的振动频率f_m(Hz)。

振动阶次推定部5212进一步从运行控制部54中获得轿厢26在井道12内的上下方向的位置信息，根据该位置信息，确定轿厢侧主绳索部分24A的全长L(m)。振动阶次推定部5212根据下述式二，算出在假设轿厢侧主绳索部分24A发生一阶振动(n＝1)、二阶振动(n＝2)、三阶振动(n＝3)的情况下的振动频率f₁、f₂、f₃。

式二为：

在式二中，S为主绳索M1-M8的张力，ρ为主绳索M1-M8的线密度。

振动阶次推定部5212将算出的振动频率f₁、f₂、f₃和使用测距传感器48的检测结果的振动频率f_m进行比较，确定在振动频率f₁、f₂、f₃当中，与振动频率f_m最接近的振动频率。将与确定的振动频率对应的振动阶次推定为轿厢侧主绳索部分24A的振动阶次。

根据上述，虽然能够进行振动阶次n的推定，和轿厢侧主绳索部分24A在测距传感器48的扫描面上的振幅A_mea的检测，但是，是否实施管制运行，由最大振幅A_max的大小决定。

由于横振动的波腹(最大振幅)并不总出现在测距传感器48的扫描面上，因此，需要根据检测到的振幅算出最大振幅。针对于此，在专利文献1的段落[0026]，从第十三行到第十九行，记载了“将绳索5的振动形状作为弦的一阶振动模式，……根据一阶振动模式形状，计算振幅的波腹处的振幅(波腹振幅)。”

可以认为基于专利文献1的上述记载，根据下述式六，能够根据扫描面的振幅A_mea算出最大振幅A_max。

式六为：

即：将横振动代入上述“一阶振动模式形状”，即：将以sin波形表示、从全长L的绳索部分的下端到距离z的振幅A_mea代入式六，求出最大振幅A_max。

然而，本申请的发明者所研究的结果，证实了在绳索部分实际所产生的横振动的波形相比于sin波形会有变形。因此，根据专利文献1的记载的考虑，通过式六算出的最大振幅A_ma_x，会和实际的最大振幅A_max不同。

另外，在专利文献1中，将绳索部分的横振动限定为一阶振动。然而，在近年的高层建筑物内设置的升降行程非常长的电梯中，随着建筑物的长周期摇晃，存在绳索部分以二阶振动或者三阶振动横振动的情况。因此，实际上不管二阶振动或者三阶振动，以一阶振动为前提算出最大振幅的话，算出的最大振幅会比实际的最大振幅大。其结果是，执行了不必要的管制运行，可能导致运行服务的降低。

因此，本申请的发明者以算出与实际更接近的最大振幅为目标，进行了研究。

首先，使用通用的机构分析软件对绳索的横振动的动作进行分析。图11表示分析结果的一个例子。图11是绳索部分的全长L为L＝600(m)、一阶振动的情况下的分析结果。在图11中，选用y轴作为水平方向，选用z轴作为竖直方向(井道的上下方向)，为方便起见，坐标图设为半振幅＝1。

在图11中，用点划线表示sin波形。该sin波形用下述式七表示(0≤z≤L)。

式七为：

在图11中，用实线表示上述软件的分析结果得到的绳索部分的振动形状(以下，称作“绳索振动形状”。)。根据图11可知，绳索振动形状的波腹相比于sin波形的波腹下降了。尽管省略了详细的结果，但是，在使绳索部分的全长L发生变化的分析结果中，证实了全长L越长，绳索振动形状的波腹下降的程度越大。关于波腹的位置的上述趋势，认为受到绳索部分的自重的影响。绳索振动形状的最大振幅和sin波形的最大振幅一样。

另外，尽管省略了详细的结果，但是本申请的发明者在一阶振动的基础上，还分析了二阶振动和三阶振动，并在其各种振动模式中，使全长L、振幅发生变化，将分析结果(绳索振动形状)和对应的sin波形进行比较。包含上述的比较结果，以下进行总结。

(i)相对于sin波形，绳索振动形状的波腹及波节的位置朝下方位移。

(ii)绳索部分的全长越长，绳索振动形状的波腹及波节相对于sin波形的波腹及波节的位移比越大，并认为全长L和所述位移比之间为比例关系。

(iii)振动阶次越低,绳索振动形状的波腹及波节相对于sin波形的波腹及波节的位移比越大；振动阶次越高，绳索振动形状的波腹及波节相对于sin波形的波腹及波节的位移比越小。

(iv)绳索振动形状的波腹及波节相对于sin波形的波腹及波节的位移比，并未根据振幅的大小而改变。

(v)绳索振动形状的最大振幅和sin波形的最大振幅一样。

在图11中，相对于用点划线表示的sin波形，如果用实线表示的绳索振动形状以函数表示，则通过使用该函数，与现有的根据sin波形算出最大振幅相比，能够算出与实际更接近的最大振幅。

关于上述(i)，绳索振动形状相对于sin波形，包含波腹及波节整体地朝下方位移，表现为正弦函数的相位的偏移。

另外，同时考虑振动模式，考虑下述式五。

式五为：

在式五中，关于表示相位的偏移的f(z，L)，满足以下的条件(a)-(d)。

(a)由于绳索部分的上端和下端为固定端，因此无相位的偏移，即：当z＝0、z＝L时，f(z，L)＝0。

(b)正如根据图11可知,相对于sin波形，相位的偏移在振幅的波腹(z＝L/2)处最大，相位的偏移在从z＝0到波腹之间逐渐增加，相位的偏移在从波腹到z＝L之间逐渐减小。此外，在二阶振动的情况下，在振动的波节处，相位的偏移最大；在三阶振动的情况下，在正中的波腹(均在z＝L/2)处，相位的偏移最大。

(c)另外，由于绳索振动形状相对于sin波形，朝下方偏移(因为相位超前)，因此在0＜z＜L时，f(z，L)＞0。

关于上述(ii)，

(d)相位的偏移，相对于全长L成比例关系。

作为满足上述(a)-(d)的函数f(z，L)，本申请发明者研究出了下述式三。

式三为：

在式三的右边除a_n(L)之外，其余的都是与上述(i)相关，用于满足上述(a)、(b)、(c)的项。

在式三中，a_n(L)用下述式四表示。

式四为：

a_n(L)＝α_n·L+β_n。

式四与上述(ii)相关，满足上述(d)，用于根据全长L调整相位的偏移量。a_n(L)根据上述(iii)的趋势，在一阶振动、二阶振动、三阶振动时，取不同的值。

即：

一阶振动：a_n(L)＝α₁·L+β₁

二阶振动：a_n(L)＝α₂·L+β₂

三阶振动：a_n(L)＝α₃·L+β₃。

在此，根据上述(iii)的趋势，如果L为相同的值，那么a₁(L)＞a₂(L)＞a₃(L)。

各振动模式的具体的系数α_n和常数β_n的值，可以如以下地求出。

(Ⅰ)对于多种不同的全长L的每一种，使用上述结构分析软件进行分析，获得绳索振动形状(例如，图11中的实线的坐标图)。

(Ⅱ)对于多种不同的全长L的每一种，决定与通过式五确定的振动波形对应的所述分析结果的所述绳索振动形状最近似的a_n(L)的值(式三的a_n(L)的值)。

(Ⅲ)通过最小二乘法，将由各所述全长L、和与各所述全长L对应的a_n(L)的值组成的多组关系，作为以L的一次函数表示a_n(L)时的L的系数和常数，求出系数α_n和β_n。

对通过上述最小二乘法得到的一次函数,也进一步详细地说明。

在选用全长L作为横轴，a_n(L)作为纵轴的正交坐标上，将通过(Ⅱ)决定的分别与所述多种不同的全长L对应的a_n(L)的值标出时，如上述(ii)所记载的，认为全长L和a_n(L)之间为正比例关系。

因此，使用最小二乘法，使由各全长、和与各全长L对应的a_n(L)的值组成的多组关系，与一次函数近似。该一次函数的L的系数为α_n，常数为β_n。此外，由于是正比例关系，因此α＞0。

虽然省略了α_n和β_n的具体的值，但是在L＝600(m)、一阶振动的情况下，得到a₁＝0.6500。此时的式三的坐标图在图12中表示。图中，实线为该式三的坐标图。

横轴为从绳索部分的下端开始的距离z。纵轴为与从绳索部分的下端开始的距离z对应的f(z，L)的值，即：式五的相位差。

根据图12可知，相位差f(z，L)从绳索部分的下端(z＝0)到横振动的波腹(z＝L/2＝300)之间逐渐增大，在波腹处选取极大值，从波腹到绳索部分的上端(z＝L＝600)之间逐渐减小。

另外，相位差f(z，L)在绳索部分的下端(z＝0)及绳索部分的上端(z＝L)时，f(z，L)＝0；在0＜z＜L时，选取正值(f(z，L)＞0)。

确认了将相位差f(z，L)与sin波形相加而定义的以式五表示的波形，几乎与图11的实线(由上述软件得到的分析结果的绳索振动形状)的波形重叠(因此在图11中未图示。)。另外，确认了在一阶振动、二阶振动、三阶振动的每一种中，改变各种绳索部分的全长L，和上述一样，决定系数α_n及β_n而得到的以式五表示的波形，也和分析结果的绳索振动形状几乎重叠。

即：确认了如上述定义的以式五表示的波形，和由上述软件得到的分析结果的绳索振动形状(例如图11的实线)很好地匹配。因此，通过使用式五，能够得到更接近于实际的最大振幅。在此，由于最大振动(波腹处的振幅)并非是1而是具体的距离，因此式五以下述式八的形式被使用。

式八为：

在此，如果将式八改写为根据测距传感器48在扫描面上的振幅A_mea得到最大振幅A_max的式子，则变为下述的式一。

式一为：

回到图六，式一、式三及与一阶振动、二阶振动、三阶振动对应的式四，被存储在运算式存储部5216。

最大振幅算出部5214获得从振幅算出部5210输出的振幅A_mea。

最大振幅算出部5214获得从振动阶次推定部5212输出的振动阶次n(n为1、2、3的其中一个)。

最大振幅算出部5214从运行控制部54中获得轿厢26在井道12内的上下方向的位置信息，并根据该位置信息，确定轿厢侧主绳索部分24A或者轿厢侧平衡绳索部分32A的全长L(m)，及从其中一处绳索部分的下端到测距传感器48的扫描面之间的距离z。

并且，最大振幅算出部5214根据获得的振幅A_mea、振动阶次n、确定的全长L和距离z，通过式一算出最大振幅A_max。

具体地，从

n＝1:a₁(L)＝α₁·L+β₁

n＝2:a₂(L)＝α₂·L+β₂

n＝3:a₃(L)＝α₃·L+β₃

中选择符合获得的振动阶次n的a_n(L)，将全长L代入选择的式子，算出a_n(L)的值。

将算出的a_n(L)的值和全长L、距离z代入式三，算出f(z，L)的值。

并且，将振幅A_mea、全长L、距离z、振动阶次n(1、2、3的其中一个)及f(z，L)的值代入式一，通过运算，算出最大振幅A_max。

最大振幅算出部5214将最大振幅A_max输出到振动级别判定部5218。振动级别判定部5218根据从最大振幅算出部5214输入的最大振幅A_max，判定横振动的大小级别。

振动级别判定部5218按照以下的方式，将预先设定的振幅的基准值S1、S2、S3、S4(S1<S2<S3<S4)和最大振幅A_max进行比较，并将最大振幅A_max判定为是否符合振动级别LO(无需管制运行级别)，振动级别L1(特低级别)、振动级别L2(低级别)、振动级别L3(高级别)及振动级别L4(极高级别)的其中一种。

A_max＜S1→振动级别0

S1≤A_max＜S2→振动级别1

S2≤A_max＜S3→振动级别2

S3≤A_max＜S4→振动级别3

S4≤A_max→振动级别4

振动级别判定部5218将判定结果的振动级别(0、1、2、3、4的其中一个)输出到运行控制部54。

运行控制部54根据从振动级别判定部5218输入的振动级别，实施管制运行。省略说明每种级别的不同的管制运行的内容。

在上述例子中，虽然以式三表示用于使sin波形近似于绳索振动形状的相位差f(z，L)，但是f(z，L)并非限于式三，例如也可以以下述式九、下述式十表示。

式九为：

式十为：

式九的b_n(L)，式十的c_n(L),以和式三的a_n(L)相同的形式的下述数式表示。

b_n(L)＝α_n·L+β_n

c_n(L)＝α_n·L+β_n

b_n(L)和c_n(L)的系数α_n和β_n，和a_n(L)的情况相同地求得。

虽然省略了α_n和β_n的具体的值，但是在L＝600(m)、一阶振动的情况下，得到b₁＝0.1625、c₁＝0.7346。在图12中，以点划线表示此情况下的式九的坐标图，以虚线表示式十的坐标图。

根据图12可知，不管式九还是式十，都是满足和式三同样的要件的函数。

即：f(z，L)在选用z为横轴、选用f(z，L)为纵轴的坐标中，

(a)当z＝0及z＝L时，f(z，L)＝0；

(b)当0＜z＜L时，f(z，L)＞0；

(c)当f(z，L)朝上凸并且z＝L/2时，f(z，L)为极大值。

(d)另外，式三、式九、式十各自的a_n(L)、b_n(L)、c_n(L)的系数α_n，由于如上所述α_n＞0，因此，L越大，f(z，L)的值越大。

尽管省略了具体的结果，但是确认了应用式九、式十的以式五表示的波形，也和应用式三的情况一样，和由上述软件得到的分析结果的绳索振动形状(例如图11的实线)很好地匹配。

因此，只要将式三、式九、式十的其中一个应用于式一，就能够根据绳索在测距传感器48的扫描面的振幅A_mea，得到与实际最接近的最大振幅A_max。

如以上所说明的，在本实施方式中，用于算出最大振幅A_max的绳索振动量检测装置56，通过测距传感器48和控制回路单元46的绳索振动量检测部52构成(图6)。根据绳索振动量检测装置56，如上所述，由于以通用结构分析软件的分析结果所得到的绳索的振动形状作为实际产生的绳索的振动形状，并基于与绳索的振动形状近似的函数式一，根据检测到的振幅A_mea算出最大振幅A_max，因此，与基于现有的纯粹的sin波形状的情况相比较，能够检测到更接近实际的振动量(最大振幅)。

进一步地，通过绳索振动量检测装置56，由于考虑横振动的振动阶次并算出最大振幅，由此还能够更准确地检测实际产生的横振动的振动量(最大振幅)。

以上，虽然基于本实施方式对本发明进行了说明，但是，理所当然本发明并不限于上述方式，例如，也可以是以下的方式。

(1)在上述实施方式中，使用根据振动阶次推定部5212推定的振动阶次n，算出最大振幅A_max。

然而，根据设置有电梯10的建筑物14的高度(升降行程)、建筑结构等决定的建筑物14的振动特性，绳索部分(轿厢侧主绳索部分24A、轿厢侧平衡绳索部分32A)所产生的横振动的振动模式，会有限定为确定的振动阶次的情况。

在此情况下，由于无需通过振动阶次推定部5212，振动阶次为预先知晓的，因此代入式一的振动阶次n，也可以是1、2及3中的其中一个预先决定的值。此时，并不是必须设置振动阶次推定部5212。

(2)在上述实施方式中，虽然将测距传感器48设置在井道12的上下方向的中间位置，但是设置位置并非限定于此。例如，也可以设置在相对于井道12的全长，从井道12的底部开始1/4的高度的位置。或者，也可以设置在从井道12的底部开始3/4的高度的位置。

(3)测距传感器也可以不限于一台，而在井道12的上下方向的不同位置设置多台。

(4)在上述实施方式中，虽然基于主绳索M1-M8(平衡绳索C1-C8也一样)的所有的检测结果的坐标数据群的中心坐标D1，求出主绳索M1-M8的振幅，但是并非限定于此，也可以根据主绳索M1-M8中的一处主绳索的坐标数据，求出振幅。

例如，也可以根据主绳索M1的坐标数据，算出主绳索M1-M8整体的振幅。这种情况下，可以使用主绳索M1的坐标数据中、朝向图7(b)纸面最左端的坐标数据(Xm1、Ym1)代替上述中心坐标D1。该位置坐标确定为主绳索M1-M8的整体坐标数据群中X坐标值最小的坐标数据。

(5)在上述实施方式中，虽然通过测距传感器检测了主绳索M1-M8的振幅A_mea，但是并非限定于此，也可以和专利文献1相同地进行检测。即：也可以通过照相机拍摄主绳索的绳索图像，根据该绳索图像和预先存储的主绳索的基准形状的差异，求出振幅A_mea。

(6)在振动阶次推定部5212(图6)中，作为振动阶次n的推定处理的一环的振动频率f_m(Hz)的检测方法，并非限定上述的方法，例如，也可以如下地，通过FFT分析。振动阶次推定部5212对从中心坐标检测部5208输入的中心坐标D1，进行预设时间的监控。在此的预设时间为横振动假想的多个周期段。

并且，在选取监控的结果得到的多个中心坐标D1的例如x坐标分量作为纵轴，选取经过时间作为横轴的坐标上，将该x坐标分量的值标出的话，则得到振动波形。

通过傅里叶变换(FFT)将以时间函数表示的所述振动波形的该时间函数转换为频率(振动次数)的函数。将转换得到的频率的函数中的最高峰值的频率(振动次数)设置为振动频率f_m(Hz)。此外，上述的振动波形，也可以通过y坐标分量标出。

[产业上的可利用性]

本发明的绳索振动量检测装置，促进了在电梯中是否由正常运行切换到管制运行的判断，适合使用在横振动中的主绳索或者平衡绳索的最大振幅的检测中。

Claims (6)

1.绳索振动量检测装置，是：在轿厢和对重通过主绳索吊桶式地悬挂，并且在所述轿厢和所述对重之间，垂下有最下端卷绕在平衡轮上的平衡绳索，所述轿厢和所述对重在井道内相反朝向地升降的结构的电梯上使用的绳索振动量检测装置，其特征在于，具有：

振幅检测单元，其检测悬挂所述轿厢的主绳索部分及从所述轿厢下垂的平衡绳索部分的任意一者从绳索部分的下端到上端之间的一处位置的振幅A_mea；

最大振幅算出单元，其根据所述振幅检测单元检测到的振幅，算出所述绳索部分的最大振幅A_max；

所述最大振幅算出单元将从所述下端到所述一处位置的距离z、所述绳索部分的全长L及由所述振幅检测单元检测到的振幅A_mea代入到式一，算出最大振幅A_max；

其中，式一为：

在式一中，n为横振动的所述绳索部分的振动阶次，为1、2及3的其中一个值；

f(z，L)为函数，在选取z为横轴、选取f(z，L)为纵轴的坐标上，当z＝0及z＝L时，f(z，L)＝0；当0＜z＜L时，f(z，L)＞0；当f(z，L)朝上凸并且z＝L/2时，f(z，L)为极大值，并且L越大，其值越大。

2.根据权利要求1所述的绳索振动量检测装置，其特征在于，具有：

振动阶次推定单元，其推定横振动的所述绳索部分的所述振动阶次；

该振动阶次推定单元，一方面算出所述横振动的振动频率f_m，另一方面通过式二算出假设所述绳索部分为一阶振动(n＝1)、二阶振动(n＝2)、三阶振动(n＝3)的情况下的振动频率f₁、f₂、f₃；

并将算出的振动频率f₁、f₂、f₃当中、与最近似所述振动频率f_m的振动频率对应的振动阶次推定为所述绳索部分的振动阶次；

所述最大振幅算出单元，将所述振动阶次推定单元所推定的振动阶次n代入式一；

其中，式二为：

在式二中，S为所述绳索部分的张力，p为所述绳索部分的线密度。

3.根据权利要求2所述的绳索振动量检测装置，其特征在于，所述f(z，L)被调整为振动阶次n越小其值越大，振动阶次n越大其值越小。

4.根据权利要求1至3任一项所述的绳索振动量检测装置，其特征在于，所述f(z，L)通过式三表示；

其中，式三为：

所述a_n(L)是与L成比例，并取大的值的函数。

5.根据权利要求4所述的绳索振动量检测装置，其特征在于，式三的所述a_n(L)通过式四表示；

其中，式四为：

a_n(L)＝a_n·L+β_n；

式四的系数α_n和常数β_n为根据所述绳索部分的横振动的动作的结构分析软件所得到的分析结果所求得的值。

6.根据权利要求5所述的绳索振动量检测装置，其特征在于，所述系数α_n和所述常数β_n为按照以下方式所求出的值：

(I)对多种不同的全长L的每一种，通过所述结构分析软件获得所述绳索部分的绳索振动形状；

(II)对多种不同的全长L的每一种，决定与通过式五确定的振动波形对应的所述绳索振动形状最近似的a_n(L)的值，

其中，式五为：

(III)通过最小二乘法，将由各所述全长L、和与各所述全长L对应的a_n(L)的值组成的多组关系，作为以L的一次函数表示a_n(L)时的L的系数和常数。

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